KR20210134775A - Protection element and battery pack - Google Patents
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Abstract
고전압이 인가된 경우에도 스파크가 발생하기 어려워 안전하면서도 또한 빠르게 전류 경로를 차단할 수 있는 보호 소자 및 이것을 사용한 배터리 팩을 제공한다. 절연 기판(2)과, 퓨즈 엘리먼트(3)와, 발열에 의해 퓨즈 엘리먼트(3)를 용단하는 발열체(4)와, 발열체(4)에의 급전 단자로 되는 발열체 급전 전극(5)과, 발열체(4)를 피복하는 절연층(6)과, 절연층(6) 상에 발열체(4)를 따라 형성되어, 퓨즈 엘리먼트(3)의 용융 도체(3a)가 보유 지지되는 발열체 인출 전극(7)을 갖고, 발열체(4)는, 통전되면, 발열체 급전 전극(5)측이 고전위부로 되고, 발열체 인출 전극(7)측이 저전위부로 되고, 발열체 인출 전극(7)은, 발열체(4)의 고전위부측으로 연장되는 선단부(7a)와 발열체(4)의 중첩 면적이, 발열체(4)의 저전위부측으로 연장되는 기초부(7b)와 발열체(4)의 중첩 면적보다도 작다.Provided are a protection device capable of cutting off a current path safely and quickly because a spark is unlikely to occur even when a high voltage is applied, and a battery pack using the same. An insulating substrate 2, a fuse element 3, a heating element 4 for fusion cutting the fuse element 3 by heat generation, a heating element feeding electrode 5 serving as a power supply terminal to the heating element 4, and a heating element ( 4) an insulating layer 6 covering the insulating layer 6 and a heating element lead-out electrode 7 formed along the heating element 4 on the insulating layer 6 and holding the molten conductor 3a of the fuse element 3 When the heating element 4 is energized, the heating element feeding electrode 5 side becomes a high potential part, the heating element extraction electrode 7 side becomes a low potential part, and the heating element extraction electrode 7 becomes the heating element 4 The overlapping area of the distal end portion 7a extending toward the high potential portion and the heating element 4 is smaller than the overlapping area of the base portion 7b extending toward the low potential portion of the heating element 4 and the heating element 4 .
Description
본 기술은, 전류 경로를 용단함으로써, 전류 경로 상에 접속된 회로를 보호하는 보호 소자, 및 이것을 사용한 배터리 팩에 관한 것이다. 본 출원은, 일본에서 2019년 4월 10일에 출원된 일본 특허 출원 번호 특원 2019-074956을 기초로 해서 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원은 참조됨으로써 본 출원에 원용된다.The present technology relates to a protection element that protects a circuit connected on a current path by fusing the current path, and a battery pack using the same. This application claims priority on the basis of Japanese Patent Application No. Japanese Patent Application No. 2019-074956 for which it applied in Japan on April 10, 2019, This application is used for this application by reference.
충전해서 반복 이용할 수 있는 이차 전지의 대부분은, 배터리 팩에 가공되어 유저에게 제공된다. 특히 중량 에너지 밀도가 높은 리튬 이온 이차 전지에 있어서는, 유저 및 전자 기기의 안전을 확보하기 위해서, 일반적으로 과충전 보호, 과방전 보호 등의 몇 가지의 보호 회로를 배터리 팩에 내장하여, 소정의 경우에 배터리 팩의 출력을 차단하는 기능을 갖고 있다.Most of the rechargeable batteries that can be recharged and used repeatedly are processed into battery packs and provided to users. In particular, in a lithium ion secondary battery having a high weight energy density, in order to ensure the safety of users and electronic devices, in general, several protection circuits such as overcharge protection and overdischarge protection are built into the battery pack, It has a function to cut off the output of the battery pack.
많은 리튬 이온 이차 전지를 사용한 전자 장치에 있어서는, 배터리 팩에 내장된 FET 스위치를 사용해서 출력의 ON/OFF를 행함으로써, 배터리 팩의 과충전 보호 또는 과방전 보호 동작을 행한다. 그러나, 어떠한 원인으로 FET 스위치가 단락 파괴된 경우, 낙뢰 서지 등이 인가되어 순간적인 대전류가 흘렀을 경우, 혹은 배터리 셀의 수명에 의해 출력 전압이 비정상적으로 저하되거나, 반대로 과대 이상 전압을 출력한 경우에도 배터리 팩이나 전자 기기는, 발화 등의 사고로부터 보호되어야만 한다. 그래서, 이러한 상정할 수 있는 어떠한 이상 상태에서도, 배터리 셀의 출력을 안전하게 차단하기 위해서, 외부로부터의 신호에 의해 전류 경로를 차단하는 기능을 갖는 퓨즈 소자로 이루어지는 보호 소자가 사용되고 있다.In an electronic device using many lithium ion secondary batteries, the overcharge protection or overdischarge protection operation of a battery pack is performed by performing ON/OFF of an output using the FET switch built into a battery pack. However, even if the FET switch is short-circuited and destroyed for some reason, when a momentary large current flows due to a lightning surge, etc., or when the output voltage is abnormally lowered due to the life of the battery cell, or, conversely, even when an excessive abnormal voltage is output. A battery pack or an electronic device must be protected from accidents such as ignition. Therefore, in order to safely cut off the output of the battery cell in any conceivable abnormal state, a protection element composed of a fuse element having a function of blocking a current path by a signal from the outside is used.
이러한 리튬 이온 이차 전지 등에 적합한 보호 회로의 보호 소자로서, 보호 소자 내부에 발열체를 갖고, 이 발열체의 발열에 의해 전류 경로 상의 가용 도체를 용단하는 구조가 사용되고 있다.As a protection element of a protection circuit suitable for such a lithium ion secondary battery etc., the structure which has a heating element inside a protection element, and cuts the soluble conductor on a current path by fusion is used by heat_generation|fever of this heating element.
리튬 이온 이차 전지의 용도는, 근년 확대되고 있어, 보다 대전류의 용도, 예를 들어 전동 드라이버 등의 전동 공구나, 하이브리드카, 전기 자동차, 전동 전기 자전거 등의 수송 기기에 채용이 검토되어, 일부 채용이 개시되어 있다. 이러한 용도에 있어서, 특히 기동 시 등에는, 수 10A 내지 100A를 초과하는 대전류가 흐르는 경우가 있다. 이러한 대전류 용량에 대응한 보호 소자의 실현이 요망되고 있다.The use of lithium ion secondary batteries has been expanding in recent years, and adoption is being considered for use of larger currents, for example, electric tools such as electric drivers, and transportation equipment such as hybrid cars, electric vehicles, and electric electric bicycles, and is partially adopted. This is disclosed. In such a use, a large current exceeding several 10 A to 100 A may flow, especially at the time of start-up. Realization of a protection element corresponding to such a large current capacity is desired.
이러한 대전류에 대응하는 보호 소자를 실현하기 위해서, 단면적을 증대시킨 가용 도체를 사용하고, 이 가용 도체의 표면에, 발열체를 형성한 절연 기판을 접속한 보호 소자가 제안되어 있다.In order to implement|achieve the protection element corresponding to such a large current, the protection element which used the soluble conductor which increased the cross-sectional area, and connected the insulating board which provided the heat generating body to the surface of this soluble conductor is proposed.
도 25는, 종래의 보호 소자의 일 구성예를 도시하는 도면이며, (A)는 커버 부재를 생략해서 도시하는 평면도이며, (B)는 단면도이며, (C)는 저면도이다. 도 25에 도시하는 보호 소자(100)는, 절연 기판(101)과, 절연 기판(101)의 표면 상에 형성된 제1, 제2 전극(102, 103)과, 절연 기판(101)의 표면에 형성된 발열체(104)와, 발열체(104)를 피복하는 절연층(105)과, 절연층(105) 상에 적층됨과 함께 발열체(104)와 접속된 발열체 인출 전극(106)과, 제1 전극(102), 발열체 인출 전극(106) 및 제2 전극(103)에 걸쳐 접속용 땜납을 개재해서 탑재되는 퓨즈 엘리먼트(107)를 구비한다.25 : is a figure which shows one structural example of the conventional protection element, (A) is a top view which abbreviate|omits a cover member and shows, (B) is sectional drawing, (C) is a bottom view. The
제1, 제2 전극(102, 103)은, 보호 소자(100)가 접속되는 외부 회로의 전류 경로 상에 접속되는 단자부이며, 각각 절연 기판(101)의 이면에 형성된 제1, 제2 외부 접속 전극(102a, 103a)과 캐스텔레이션을 통해서 접속되어 있다. 보호 소자(100)는, 제1, 제2 외부 접속 전극(102a, 103a)이, 보호 소자(100)가 실장되는 외부 회로 기판에 마련된 접속 전극에 접속됨으로써, 퓨즈 엘리먼트(107)가 외부 회로 기판 상에 형성된 전류 경로의 일부에 내장된다.The first and
발열체(104)는, 비교적 저항값이 높고 통전하면 발열하는 도전성을 갖는 부재이며, 예를 들어 니크롬, W, Mo, Ru 등 또는 이들을 포함하는 재료로 이루어진다. 또한, 발열체(104)는, 절연 기판(101)의 표면 상에 형성된 발열체 급전 전극(108)과 접속되어 있다. 발열체 급전 전극(108)은, 절연 기판(101)의 이면에 형성된 제3 외부 접속 전극(108a)과 캐스텔레이션을 통해서 접속되어 있다. 보호 소자(100)는, 제3 외부 접속 전극(108a)이 보호 소자(100)가 실장되는 외부 회로 기판에 마련된 접속 전극에 접속됨으로써, 발열체(104)가 외부 회로에 마련된 외부 전원과 접속되어 있다. 그리고, 발열체(104)는, 도시하지 않은 스위치 소자 등에 의해, 상시, 전류 및 발열이 제어되어 있다.The
발열체(104)는, 유리층 등으로 이루어지는 절연층(105)에 의해 피복됨과 함께, 절연층(105) 상에 발열체 인출 전극(106)이 형성됨으로써, 절연층(105)을 개재해서 발열체 인출 전극(106)이 중첩되어 있다. 또한, 발열체 인출 전극(106) 상에는, 제1, 제2 전극(102, 103)간에 걸쳐 접속된 퓨즈 엘리먼트(107)가 접속되어 있다.The
이에 의해, 보호 소자(100)는, 발열체(104)와 퓨즈 엘리먼트(107)가 중첩됨으로써 열적으로 접속되어, 발열체(104)가 통전에 의해 발열하면 퓨즈 엘리먼트(107)를 용단할 수 있다.Thereby, the
퓨즈 엘리먼트(107)는, Pb 프리 땜납 등의 저융점 금속이나 Ag, Cu 또는 이들을 주성분으로 하는 합금 등의 고융점 금속에 의해 형성되고, 혹은 저융점 금속과 고융점 금속의 적층 구조를 갖는다. 그리고, 퓨즈 엘리먼트(107)는, 제1 전극(102)으로부터 발열체 인출 전극(106)을 걸쳐서 제2 전극(103)에 걸쳐 접속됨으로써, 보호 소자(100)가 내장된 외부 회로의 전류 경로의 일부를 구성한다. 그리고, 퓨즈 엘리먼트(107)는, 정격을 초과하는 전류가 통전함으로써 자기 발열(줄열)에 의해 용단되고, 혹은 발열체(104)의 발열에 의해 용단되어, 제1, 제2 전극(102, 103)간을 차단한다.The
그리고, 보호 소자(100)는, 외부 회로의 전류 경로를 차단할 필요가 생기면, 스위치 소자에 의해 발열체(104)에 통전된다. 이에 의해, 보호 소자(100)는, 발열체(104)가 고온으로 발열되어, 외부 회로의 전류 경로 상에 내장된 퓨즈 엘리먼트(107)가 용융된다. 퓨즈 엘리먼트(107)의 용융 도체는, 습윤성이 높은 발열체 인출 전극(106) 및 제1, 제2 전극(102, 103)에 가까이 끌어당겨짐으로써 퓨즈 엘리먼트(107)가 용단된다. 따라서, 보호 소자(100)는, 제1 전극(102) 내지 발열체 인출 전극(106) 내지 제2 전극(103)의 사이를 용단시켜, 외부 회로의 전류 경로를 차단할 수 있다.Then, when it is necessary to cut off the current path of the external circuit, the
또한, 보호 소자로서는, 도 25에 도시하는 구성 이외에도 도 26에 도시하는 바와 같이, 2개의 발열체(104)를 구비한 것도 제안되어 있다. 도 26에 도시하는 보호 소자(110)는, 절연 기판(101)의 표면 상의 제1, 제2 전극(102, 103)간에, 2개의 발열체(104)가 병렬로 마련되어 있다. 각 발열체(104)는 절연층(105)에 의해 피복됨과 함께, 절연층(105) 상에 마련된 발열체 인출 전극(106)이, 양쪽 발열체(104)간에 걸치도록 중첩 형성되어 있다.Moreover, as a protection element, as shown in FIG. 26 besides the structure shown in FIG. 25, the thing provided with the two
또한, 도 26에 도시하는 보호 소자(110)에서는, 절연 기판(101)의 이면에 집전극(111)이 형성됨과 함께, 발열체 인출 전극(106)과 집전극(111)간을 관통하는 복수의 관통 구멍(112)이 마련되어 있다. 집전극(111) 및 관통 구멍(112)은, 발열체 인출 전극(106) 상에서 용융된 퓨즈 엘리먼트(107)의 용융 도체를 흡인해서 대전류 용도에 대응하여 대형화한 퓨즈 엘리먼트(107)의 용융 도체의 보유 지지 용량을 증가시키는 것이며, 관통 구멍(112)의 내주면에는 도전층이 형성되어 있다.Further, in the
도 25에 도시하는 보호 소자(100)나 도 26에 도시하는 보호 소자(110)와 같은 종래 구조에서는, 대전류 용도의 리튬 이온 이차 전지의 보호 회로에 사용된 경우, 발열체(104)에 전력을 공급하는 외부 전원으로서 당해 대전류 용도의 리튬 이온 이차 전지가 사용되므로, 보호 소자(100)의 작동 시에 발열체 급전 전극(108)에 고전압이 인가되게 된다.In a conventional structure such as the
이 때문에, 보호 소자(100)에 있어서는, 도 27에 도시하는 바와 같이, 발열체 급전 전극(108)으로부터 발열체 인출 전극(106)의 선단에 스파크(방전)가 발생하여, 발열체 인출 전극(106)이 파손되는 경우가 있다. 그리고, 발열체 인출 전극(106)이 파손되면, 파손 개소에서 퓨즈 엘리먼트(107)에의 열전도율이 낮아져서, 퓨즈 엘리먼트(107)를 용단시킬 때까지의 시간이 연장되어, 빠르고 안전하게 전류 경로를 차단할 수 없게 될 우려가 있다.For this reason, in the
또한, 도 28에 도시하는 바와 같이, 보호 소자(110)에 있어서도, 발열체 급전 전극(108)으로부터 발열체 인출 전극(106)의 선단에 스파크가 발생하여 발열체 인출 전극(106)이 파손되면, 파손 개소에서 퓨즈 엘리먼트(107)에의 열전도율이 낮아져서, 퓨즈 엘리먼트(107)를 용단시킬 때까지의 시간이 연장되어, 빠르고 안전하게 전류 경로를 차단할 수 없게 될 우려가 있다. 또한, 절연층(유리층)(105)은, 발열체(104)의 열을 효율적으로 발열체 인출 전극(106)이나 퓨즈 엘리먼트(107)에 전달하기 위해서, 두께가 10 내지 40㎛로 얇게 형성되어 있어, 장시간에 걸쳐 발열체(104)의 열이 가해짐으로써 파손이 생기는 경우가 있다. 그리고, 도 29에 도시하는 바와 같이, 절연층(105)의 파손 개소에서 발열체(104)의 고전위측으로부터 발열체 인출 전극(106)의 중앙부에 스파크가 발생할 우려가 있다. 이에 의해 발열체 인출 전극(106)이 파손되면, 절연층(105)의 파손에 더하여 발열체 인출 전극(106)의 파손에 의해, 퓨즈 엘리먼트(107)에의 열전도율이 낮아져서, 퓨즈 엘리먼트(107)를 용단시킬 때까지의 시간이 연장되어, 빠르고 안전하게 전류 경로를 차단할 수 없게 될 우려가 있다.In addition, as shown in Fig. 28, also in the
이러한 스파크에 수반하는 전극 파괴에 의해 퓨즈 엘리먼트가 녹다 남아서 전류 차단이 저해되는 리스크는, 고전압, 대전류화에 따라 퓨즈 엘리먼트가 대형화함에 따라서, 또한 전류 정격이 향상되어 전계 강도가 높아짐에 따라서, 나아가, 보호 소자의 소형화에 수반하는 발열체 급전 전극(108)과 발열체 인출 전극(106)의 근접화나 절연층의 박형화에 수반하여 커지게 된다.The risk that the fuse element is melted and left behind due to electrode destruction accompanying such sparks and current interruption is inhibited, as the size of the fuse element increases with the increase in voltage and current, and as the current rating improves and the electric field strength increases, further, The size of the protective element increases with the increase in the proximity of the heating
따라서, 발열체를 내장한 보호 소자에 있어서, 고전압, 대전류화에 대응함과 함께, 소자 내부에서 전극 파괴를 일으키지 않고 보다 안전하면서도 또한 빠르게 작동하는 대책이 요구되고 있다.Therefore, in the protection element with a built-in heating element, a countermeasure which respond|corresponds to a high voltage and a large current, and does not generate|occur|produce an electrode breakdown inside an element, and operates more safely and quickly is calculated|required.
그래서, 본 기술은, 고전압이 인가된 경우에도 스파크가 발생하기 어려워, 안전하면서도 또한 빠르게 전류 경로를 차단할 수 있는 보호 소자 및 이것을 사용한 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, an object of the present technology is to provide a protection element that is less likely to generate a spark even when a high voltage is applied, and can safely and quickly cut off a current path, and a battery pack using the same.
상술한 과제를 해결하기 위해서, 본 기술에 관한 보호 소자는, 절연 기판과, 상기 절연 기판의 일면측에 마련된 퓨즈 엘리먼트와, 상기 절연 기판에 형성되어, 발열에 의해 상기 퓨즈 엘리먼트를 용단하는 발열체와, 상기 발열체의 일단과 접속되어 상기 발열체에의 급전 단자로 되는 발열체 급전 전극과, 상기 발열체를 피복하는 절연층과, 상기 발열체의 타단과 접속되고, 상기 절연층 상에 상기 발열체를 따라 형성되어, 상기 퓨즈 엘리먼트의 용융 도체가 보유 지지되는 발열체 인출 전극을 갖고, 상기 발열체는, 상기 발열체 급전 전극을 통해서 통전되면, 상기 발열체 급전 전극측이 고전위부로 되고, 상기 발열체 인출 전극측이 저전위부로 되고, 상기 발열체 인출 전극은, 상기 발열체의 고전위부측으로 연장되는 선단부와 상기 발열체의 중첩 면적이, 상기 발열체의 저전위부측으로 연장되는 기초부와 상기 발열체의 중첩 면적보다도 작은 것이다.In order to solve the above problems, the protection element according to the present technology includes an insulating substrate, a fuse element provided on one side of the insulating substrate, and a heating element formed on the insulating substrate to fuse the fuse element by heat generation; , a heating element feeding electrode connected to one end of the heating element as a power supply terminal to the heating element, an insulating layer covering the heating element, and the other end of the heating element being connected to the other end of the heating element and formed along the heating element on the insulating layer, has a heating element lead-out electrode in which the molten conductor of the fuse element is held, and the heating element, when energized through the heating element-feeding electrode, the heating element-feeding electrode side becomes a high-potential part, and the heating-element lead-out electrode side becomes a low-potential part , In the heating element lead-out electrode, the overlapping area of the front end portion extending toward the high potential portion of the heating element and the heating element is smaller than the overlapping area of the base portion extending toward the low potential portion of the heating element and the heating element.
또한, 본 기술에 관한 배터리 팩은, 1개 이상의 배터리 셀과, 상기 배터리 셀의 충방전 경로 상에 접속되어, 해당 충방전 경로를 차단하는 보호 소자와, 상기 배터리 셀의 전압 값을 검출해서 상기 보호 소자에의 통전을 제어하는 전류 제어 소자를 구비하고, 상기 보호 소자는, 절연 기판과, 상기 절연 기판의 일면측에 마련된 퓨즈 엘리먼트와, 상기 절연 기판에 형성되어, 발열에 의해 상기 퓨즈 엘리먼트를 용단하는 발열체와, 상기 발열체의 일단과 접속되어 상기 발열체에의 급전 단자로 되는 발열체 급전 전극과, 상기 발열체를 피복하는 절연층과, 상기 발열체의 타단과 접속되고, 상기 절연층 상에 상기 발열체를 따라 형성되어, 상기 퓨즈 엘리먼트의 용융 도체가 보유 지지되는 발열체 인출 전극을 갖고, 상기 발열체는, 상기 발열체 급전 전극을 통해서 통전되면, 상기 발열체 급전 전극측이 고전위부로 되고, 상기 발열체 인출 전극측이 저전위부로 되고, 상기 발열체 인출 전극은, 상기 발열체의 고전위부측으로 연장되는 선단부와 상기 발열체의 중첩 면적이, 상기 발열체의 저전위부측으로 연장되는 기초부와 상기 발열체의 중첩 면적보다도 작은 것이다.In addition, the battery pack according to the present technology includes one or more battery cells, a protection element connected on a charge/discharge path of the battery cell to block the charge/discharge path, and a voltage value of the battery cell by detecting the A current control element for controlling conduction to the protection element is provided, wherein the protection element includes an insulating substrate, a fuse element provided on one side of the insulating substrate, and a fuse element formed on the insulating substrate to heat the fuse element by heat. A heating element to be cut by melting, a heating element feeding electrode connected to one end of the heating element as a power supply terminal to the heating element, an insulating layer covering the heating element, and the other end of the heating element connected to the insulating layer, the heating element is formed on the insulating layer and a heating element lead-out electrode in which the molten conductor of the fuse element is held. The heating element lead-out electrode is a low-potential portion, and the overlapping area of the front end portion extending toward the high-potential portion of the heating element and the heating element is smaller than the overlapping area of the base portion and the heating element extending toward the low-potential portion of the heating element.
본 기술에 의하면, 발열체 인출 전극의 선단부는, 발열체의 고전위부측으로 연장되어 있지만, 발열체와의 중첩 면적이 기초부와 발열체의 중첩 면적보다도 작다. 이에 의해, 선단부는, 발열체의 고전위부와의 거리나 대향 면적(중첩 면적)이 작게 되어, 그만큼 방전 경로가 형성되기 어려워져서 스파크가 발생하기 어렵게 되어 있다. 따라서, 고전압이 인가된 경우에도 스파크가 발생하기 어려워, 안전하면서도 또한 빠르게 전류 경로를 차단할 수 있다.According to the present technology, although the tip of the heating element lead-out electrode extends toward the high potential portion of the heating element, the overlapping area with the heating element is smaller than the overlapping area between the base and the heating element. As a result, the distance and the opposing area (overlapping area) of the front end of the heating element to the high-potential portion of the heating element are reduced, making it difficult to form a discharge path and thus making it difficult to generate sparks. Therefore, it is difficult to generate a spark even when a high voltage is applied, so that the current path can be cut off safely and quickly.
도 1은 본 기술이 적용된 보호 소자의 제1 실시 형태를 도시하는 도면이며, (A)는 평면도, (B)는 단면도, (C)는 저면도이다.
도 2는 본 기술이 적용된 보호 소자에 있어서 퓨즈 엘리먼트가 용단된 상태를 도시하는 도면이며, (A)는 평면도, (B)는 단면도이다.
도 3은 본 기술이 적용된 보호 소자에 있어서 발열체 인출 전극의 변형예를 도시하는 도면이며, (A)는 평면도, (B)는 단면도이다.
도 4는 본 기술이 적용된 보호 소자에 있어서 발열체 인출 전극의 변형예를 도시하는 도면이며, (A)는 평면도, (B)는 단면도이다.
도 5는 퓨즈 엘리먼트의 외관 사시도이다.
도 6은 배터리 팩의 구성예를 도시하는 회로도이다.
도 7은 제1 실시 형태에 따른 보호 소자의 회로도이다.
도 8은 비교예에 관한 보호 소자를 도시하는 도면이며, (A)는 평면도, (B)는 단면도, (C)는 저면도이다.
도 9는 비교예에 관한 보호 소자에 있어서, 퓨즈 엘리먼트가 녹다 남아서 용단되지 않는 상태를 도시하는 평면도이다.
도 10은 본 기술이 적용된 보호 소자의 제2 실시 형태를 도시하는 도면이며, (A)는 평면도, (B)는 단면도, (C)는 저면도이다.
도 11은 제2 실시 형태에 따른 보호 소자에 있어서, 발열체 인출 전극의 변형예를 도시하는 평면도이다.
도 12는 제2 실시 형태에 따른 보호 소자의 회로도이다.
도 13은 제2 실시 형태에 따른 보호 소자에 있어서, 발열체 인출 전극의 변형예를 도시하는 평면도이다.
도 14는 제2 실시 형태에 따른 보호 소자에 있어서, 발열체 인출 전극의 변형예를 도시하는 평면도이다.
도 15는 제2 실시 형태에 따른 보호 소자에 있어서, 절연 기판의 이면에 퓨즈 엘리먼트의 용융 도체를 보유 지지하는 보유 지지 전극을 형성한 변형예를 도시하는 도면이며, (A)는 평면도, (B)는 단면도, (C)는 저면도이다.
도 16은 도 15에 도시하는 보호 소자에 있어서 퓨즈 엘리먼트가 용단된 상태를 도시하는 도면이며, (A)는 평면도, (B)는 단면도이다.
도 17의 (A) 내지 (D)는 제2 실시 형태에 따른 보호 소자에 있어서, 발열체의 변형예를 도시하는 평면도이다.
도 18은 본 기술이 적용된 보호 소자의 제3 실시 형태를 도시하는 도면이며, (A)는 평면도, (B)는 단면도, (C)는 저면도이다.
도 19는 제3 실시 형태에 따른 보호 소자에 있어서 퓨즈 엘리먼트가 용단된 상태를 도시하는 단면도이다.
도 20은 퓨즈 엘리먼트를 복수의 용단 부재에 끼움 지지시킨 구성을 도시하는 단면도이다.
도 21은 도 20에 도시하는 보호 소자의 회로도이다.
도 22는 도 20에 도시하는 보호 소자에 있어서 퓨즈 엘리먼트가 용단된 상태를 도시하는 단면도이다.
도 23은 비교예에 관한 보호 소자를 도시하는 도면이며, (A)는 평면도, (B)는 단면도, (C)는 저면도이다.
도 24는 비교예에 관한 보호 소자에 있어서, 퓨즈 엘리먼트가 녹다 남아서 용단되지 않는 상태를 도시하는 평면도이다.
도 25는 종래의 보호 소자를 도시하는 도면이며, (A)는 평면도, (B)는 단면도, (C)는 저면도이다.
도 26은 종래의 보호 소자를 도시하는 도면이며, (A)는 평면도, (B)는 단면도, (C)는 저면도이다.
도 27은 도 25에 도시하는 보호 소자에 있어서, 스파크가 발생한 상태를 도시하는 평면도이다.
도 28은 도 26에 도시하는 보호 소자에 있어서, 스파크가 발생한 상태를 도시하는 평면도이다.
도 29는 도 26에 도시하는 보호 소자에 있어서, 스파크가 발생한 상태를 도시하는 평면도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows 1st Embodiment of the protection element to which this technology was applied, (A) is a top view, (B) is sectional drawing, (C) is a bottom view.
2 is a view showing a state in which a fuse element is fused in a protection element to which the present technology is applied, (A) is a plan view, (B) is a cross-sectional view.
3 is a view showing a modified example of the heating element extraction electrode in the protection element to which the present technology is applied, (A) is a plan view, (B) is a cross-sectional view.
4 is a view showing a modified example of a heating element extraction electrode in a protection element to which the present technology is applied, (A) is a plan view, (B) is a cross-sectional view.
5 is an external perspective view of a fuse element.
6 is a circuit diagram showing a configuration example of a battery pack.
7 is a circuit diagram of the protection element according to the first embodiment.
It is a figure which shows the protection element which concerns on a comparative example, (A) is a top view, (B) is sectional drawing, (C) is a bottom view.
9 is a plan view illustrating a state in which a fuse element is not fused by melting and remaining in a protection element according to a comparative example.
It is a figure which shows 2nd Embodiment of the protection element to which this technology was applied, (A) is a top view, (B) is sectional drawing, (C) is a bottom view.
Fig. 11 is a plan view showing a modified example of the heating element lead-out electrode in the protection element according to the second embodiment.
12 is a circuit diagram of a protection element according to the second embodiment.
Fig. 13 is a plan view showing a modified example of the heat generating element lead-out electrode in the protection element according to the second embodiment.
Fig. 14 is a plan view showing a modified example of the heat generating body lead-out electrode in the protection element according to the second embodiment.
15 is a view showing a modified example in which a holding electrode for holding a molten conductor of a fuse element is formed on the back surface of an insulating substrate in the protection element according to the second embodiment, (A) is a plan view, (B) ) is a cross-sectional view, (C) is a bottom view.
Fig. 16 is a view showing a state in which the fuse element is fused in the protection element shown in Fig. 15, (A) is a plan view, (B) is a sectional view.
17A to 17D are plan views showing a modified example of the heating element in the protection element according to the second embodiment.
18 : is a figure which shows 3rd Embodiment of the protection element to which this technology was applied, (A) is a top view, (B) is sectional drawing, (C) is a bottom view.
19 is a cross-sectional view showing a state in which the fuse element is blown by fusion in the protection element according to the third embodiment.
20 is a cross-sectional view illustrating a configuration in which a fuse element is clamped by a plurality of fusing members.
Fig. 21 is a circuit diagram of the protection element shown in Fig. 20;
Fig. 22 is a cross-sectional view showing a state in which the fuse element is fused in the protection element shown in Fig. 20;
23 : is a figure which shows the protection element which concerns on the comparative example, (A) is a top view, (B) is sectional drawing, (C) is a bottom view.
24 is a plan view illustrating a state in which a fuse element is not fused by melting and remaining in the protection element according to the comparative example.
25 : is a figure which shows the conventional protection element, (A) is a top view, (B) is sectional drawing, (C) is a bottom view.
26 : is a figure which shows the conventional protection element, (A) is a top view, (B) is sectional drawing, (C) is a bottom view.
Fig. 27 is a plan view showing a state in which sparks are generated in the protection element shown in Fig. 25;
Fig. 28 is a plan view showing a state in which sparks are generated in the protection element shown in Fig. 26;
Fig. 29 is a plan view showing a state in which sparks are generated in the protection element shown in Fig. 26;
이하, 본 기술이 적용된 보호 소자 및 배터리 팩에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 기술은, 이하의 실시 형태에만 한정되는 것은 아니며, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능한 것은 물론이다. 또한, 도면은 모식적인 것으로, 각 치수의 비율 등은 현실의 것과는 다른 경우가 있다. 구체적인 치수 등은 이하의 설명을 참작해서 판단해야 할 것이다. 또한, 도면 상호간에 있어서도 서로의 치수 관계나 비율이 다른 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.Hereinafter, a protection element and a battery pack to which the present technology is applied will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this technique is not limited only to the following embodiment, It goes without saying that various changes are possible within the range which does not deviate from the summary of this technique. In addition, the drawings are schematic, and the ratio of each dimension, etc. may differ from an actual thing. Specific dimensions and the like should be determined in consideration of the following description. It goes without saying that parts having different dimensional relationships and ratios are included in the drawings as well.
[제1 실시 형태: 발열체 오버랩 구조][First Embodiment: Heating Element Overlap Structure]
본 기술이 적용된 보호 소자의 제1 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 기술이 적용된 보호 소자(1)는, 도 1의 (A) 내지 (C)에 도시하는 바와 같이, 절연 기판(2)과, 절연 기판(2)의 표면(2a)측에 마련된 퓨즈 엘리먼트(3)와, 절연 기판(2)에 형성되어, 발열에 의해 퓨즈 엘리먼트(3)를 용단하는 발열체(4)와, 발열체(4)의 일단과 접속되어 발열체(4)에의 급전 단자로 되는 발열체 급전 전극(5)과, 발열체(4)를 피복하는 절연층(6)과, 발열체(4)의 타단과 접속되고, 절연층(6) 상에 발열체(4)를 따라 형성되어, 퓨즈 엘리먼트(3)의 용융 도체(3a)가 보유 지지되는 발열체 인출 전극(7)을 갖는다.A first embodiment of the protection element to which the present technology is applied will be described. The
또한, 발열체(4)는, 발열체 급전 전극(5)을 통해서 통전되면, 발열체 급전 전극(5)측이 고전위부로 되고, 발열체 인출 전극(7)측이 저전위부로 된다. 그리고, 발열체 인출 전극(7)은, 발열체(4)의 고전위부측으로 연장되는 선단부(7a)와 발열체(4)의 중첩 면적이, 발열체(4)의 저전위부측으로 연장되는 기초부(7b)와 발열체(4)의 중첩 면적보다도 작은 것을 특징으로 한다.Moreover, in the
이에 의해, 보호 소자(1)는, 고전압이 인가된 경우에도 스파크(방전)가 발생하기 어려워 안전하면서도 또한 빠르게 전류 경로를 차단할 수 있다. 이것은 이하의 이유에 의한 것이라고 생각된다.Accordingly, the
즉, 스파크는, 절연층을 개재해서 대향하는 전극간에 있어서, 고전위부로부터 저전위부에 걸쳐서 절연 파괴가 생김으로써 순간적으로 대전류가 흐르는 현상이다. 외부 전원과 접속되어, 고전압이 인가되는 발열체(4)는, 발열체 급전 전극(5)과 접속되어 있는 일단측이, 발열체 인출 전극(7)과 접속되어 있는 타단측보다도 고전위이다. 발열체 인출 전극(7)의 선단부(7a)는, 발열체(4)의 고전위부측으로 연장되어 있는데, 발열체(4)와의 중첩 면적이 기초부(7b)의 발열체(4)와의 중첩 면적보다도 작다. 이에 의해, 선단부(7a)는, 발열체(4)의 고전위부와의 거리나 대향 면적(중첩 면적)이 작게 되어, 그만큼 방전 경로가 형성되기 어려워져서 스파크가 발생하기 어렵게 되어 있다.That is, the spark is a phenomenon in which a large current flows instantaneously when dielectric breakdown occurs between the electrodes facing each other through the insulating layer from the high potential portion to the low potential portion. As for the
또한, 발열체 인출 전극(7)의 기초부(7b)는, 상대적으로 발열체(4)와의 중첩 면적이 크지만, 발열체(4)의 고전위부로부터 이격된 위치에 마련되고 또한 기초부(7b)와 중첩되어 있는 발열체(4)의 타단측은 전압 강하에 의해 저전위부이기 때문에, 스파크가 발생하기 어려운 부위이다. 이 때문에, 기초부(7b)에서도 스파크가 발생하기 어렵게 되어 있다.In addition, although the
이러한 보호 소자(1)는, 외부 회로에 내장됨으로써, 퓨즈 엘리먼트(3)가 당해 외부 회로의 전류 경로의 일부를 구성하여, 발열체(4)의 발열, 혹은 정격을 초과하는 과전류에 의해 용단됨으로써 전류 경로를 차단한다. 이하, 보호 소자(1)의 각 구성에 대해서 상세하게 설명한다.The
[절연 기판][Insulation Substrate]
절연 기판(2)은, 예를 들어 알루미나, 유리 세라믹스, 멀라이트, 지르코니아 등의 절연성을 갖는 부재에 의해 형성된다. 그 밖에, 절연 기판(2)은, 유리 에폭시 기판, 페놀 기판 등의 프린트 배선 기판에 사용되는 재료를 사용해도 된다.The insulating
절연 기판(2)의 서로 대향하는 양단부에는, 제1, 제2 전극(11, 12)이 형성되어 있다. 제1, 제2 전극(11, 12)은 각각, Ag나 Cu 등의 도전 패턴에 의해 형성되어 있다. 또한, 제1, 제2 전극(11, 12)의 표면 상에는, Ni/Au 도금, Ni/Pd 도금, Ni/Pd/Au 도금 등의 피막이, 도금 처리 등의 공지된 방법에 의해 코팅되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 보호 소자(1)는, 제1, 제2 전극(11, 12)의 산화를 방지하여, 도통 저항의 상승에 수반하는 정격의 변동을 방지할 수 있다. 또한, 보호 소자(1)를 리플로우 실장할 경우에, 퓨즈 엘리먼트(3)를 접속하는 접속용 땜납이 용융됨으로써, 제1, 제2 전극(11, 12)을 용식(땜납 침식)하는 것을 방지할 수 있다.First and
또한, 제1, 제2 전극(11, 12)은, 절연 기판(2)의 표면(2a)으로부터, 캐스텔레이션을 통해서 이면(2b)에 형성된 제1, 제2 외부 접속 전극(11a, 12a)과 연속되어 있다. 보호 소자(1)는, 절연 기판(2)의 이면(2b)에 형성된 제1, 제2 외부 접속 전극(11a, 12a)이, 보호 소자(1)가 실장되는 외부 회로 기판에 마련된 접속 전극에 접속됨으로써, 퓨즈 엘리먼트(3)가 회로 기판 상에 형성된 전류 경로의 일부에 내장된다.Further, the first and
제1, 제2 전극(11, 12)은, 접속 땜납(9) 등의 도전 접속 재료에 의해 퓨즈 엘리먼트(3)가 탑재됨으로써 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1, 제2 전극(11, 12)은, 보호 소자(1)에 정격을 초과하는 대전류가 흘러 퓨즈 엘리먼트(3)가 자기 발열(줄열)에 의해 용단되고, 혹은 발열체(4)가 통전에 따라 발열해서 퓨즈 엘리먼트(3)가 용단됨으로써 차단된다.The first and
[발열체][Heating element]
발열체(4)는, 비교적 저항값이 높고 통전하면 발열하는 도전성을 갖는 부재이며, 예를 들어 니크롬, W, Mo, Ru 등 또는 이들을 포함하는 재료로 이루어진다. 발열체(4)는, 이들의 합금 혹은 조성물, 화합물의 분상체를 수지 바인더 등과 혼합하여, 페이스트상으로 한 것을 절연 기판(2) 상에 스크린 인쇄 기술을 사용해서 패턴 형성하고, 소성하거나 함으로써 형성할 수 있다.The
또한, 발열체(4)는, 일단이 발열체 급전 전극(5)과 접속되고, 타단이 발열체 전극(8)과 접속되어 있다. 발열체 급전 전극(5) 및 발열체 전극(8)은, 절연 기판(2)의 제1, 제2 전극(11, 12)이 마련된 측연부와 다른 서로 대향하는 측연부에 형성되어 있다. 발열체 급전 전극(5)은, 발열체(4)의 일단과 접속되어 발열체(4)에의 급전 단자로 되는 전극이며, 캐스텔레이션을 통해서 절연 기판(2)의 이면(2b)에 형성된 제3 외부 접속 전극(5a)과 연속되어 있다. 발열체 전극(8)은, 발열체 인출 전극(7)이 접속되어 있다.Further, the
또한, 발열체(4)는, 절연층(6)에 피복됨과 함께, 절연층(6) 상에 형성된 발열체 인출 전극(7)과 중첩되어 있다. 발열체 인출 전극(7)은, 접속 땜납(9) 등의 접합 재료를 통해서, 제1, 제2 전극(11, 12)간에 걸쳐 마련되어 있는 퓨즈 엘리먼트(3)가 접속되어 있다.In addition, the
절연층(6)은, 발열체(4)의 보호 및 절연을 도모함과 함께, 발열체(4)의 열을 효율적으로 발열체 인출 전극(7) 및 퓨즈 엘리먼트(3)에 전달하기 위해서 마련되고, 예를 들어 유리층으로 이루어진다. 절연층(6)은, 발열체(4)의 열을 효율적으로 발열체 인출 전극(7)이나 퓨즈 엘리먼트(3)에 전달하기 위해서, 두께가 예를 들어 10 내지 40㎛로 얇게 형성되어 있다.The insulating
발열체(4)는, 보호 소자(1)가 외부 회로 기판에 실장됨으로써, 제3 외부 접속 전극(5a)을 통해서 외부 회로에 형성된 전류 제어 소자 등과 접속되어, 평상 시에 있어서는 전류 및 발열이 규제되어 있다. 그리고, 발열체(4)는, 외부 회로의 통전 경로를 차단하는 소정의 타이밍에 제3 외부 접속 전극(5a)을 통해서 통전되어, 발열한다. 이때, 발열체(4)는, 발열체 급전 전극(5)측이 고전위부로 되고, 발열체 인출 전극(7)측이 저전위부로 된다. 보호 소자(1)는, 발열체(4)의 열이 절연층(6) 및 발열체 인출 전극(7)을 통해서 퓨즈 엘리먼트(3)에 전달됨으로써, 제1, 제2 전극(11, 12)을 접속하고 있는 퓨즈 엘리먼트(3)를 용융시킬 수 있다. 퓨즈 엘리먼트(3)의 용융 도체(3a)는, 발열체 인출 전극(7) 상 및 제1, 제2 전극(11, 12)에 응집되어, 이에 의해 제1, 제2 전극(11, 12)간의 전류 경로가 차단된다. 또한, 발열체(4)는, 퓨즈 엘리먼트(3)가 용단됨으로써, 자신의 통전 경로도 차단되므로 발열이 정지된다.The
또한, 발열체 급전 전극(5)은, 제3 외부 접속 전극(5a)과 접속되는 외부 회로 기판의 전극에 마련된 접속용 땜납이 리플로우 실장 등에 있어서 용융되어, 캐스텔레이션을 통해서 발열체 급전 전극(5) 상으로 흘러, 발열체 급전 전극(5) 상으로 번지는 것을 방지하는 규제 벽(17)을 마련하는 것이 바람직하다. 규제 벽(17)은, 예를 들어 유리나 솔더 레지스트, 절연성 접착제 등 땜납에 대한 습윤성을 갖지 않는 절연 재료를 사용해서 형성할 수 있고, 발열체 급전 전극(5) 상에 인쇄 등에 의해 형성할 수 있다. 규제 벽(17)을 마련함으로써, 용융된 접속용 땜납이 발열체 급전 전극(5)까지 번지는 것을 방지하여, 보호 소자(1)와 외부 회로 기판의 접속성을 유지할 수 있다.In addition, in the heating
[발열체 인출 전극][Heating element extraction electrode]
발열체 인출 전극(7)은, 제1, 제2 전극(11, 12)과 마찬가지로, Ag나 Cu 등의 도전 패턴에 의해 형성되어 있다. 또한, 발열체 인출 전극(7)의 표면 상에는, Ni/Au 도금, Ni/Pd 도금, Ni/Pd/Au 도금 등의 피막이, 도금 처리 등의 공지된 방법에 의해 코팅되어 있는 것이 바람직하다.Like the first and
발열체 인출 전극(7)은, 일단이 발열체 전극(8)과 접속됨과 함께, 절연층(6) 상에 형성되어, 절연층(6)을 개재해서 발열체(4)와 중첩되어 있다. 상술한 바와 같이, 발열체 인출 전극(7)은, 통전 시에 있어서의 발열체(4)의 고전위부측으로 연장되는 선단부(7a)와 저전위부측으로 연장되는 기초부(7b)를 갖고, 선단부(7a)와 발열체(4)의 중첩 면적(S1)이, 기초부(7b)와 발열체(4)의 중첩 면적(S2)보다도 작다. 이에 의해, 보호 소자(1)는, 외부 회로로부터 고전압이 인가된 경우에도 스파크(방전)가 발생하기 어려워 안전하면서도 또한 빠르게 전류 경로를 차단할 수 있다.The heat generating body lead-out
여기서, 보호 소자(1)는, 발열체 인출 전극(7)이, 발열체(4)의 통전 방향과 직교하는 방향을 폭 방향으로 했을 때, 저전위부측에 마련된 폭이 넓은 부위와, 고전위부측에 마련되어 폭이 넓은 부위로부터 돌출되는 폭이 좁은 부위를 갖고, 당해 폭이 넓은 부위를 기초부(7b)로 하고, 기초부(7b)로부터 돌출되는 폭이 좁은 부위를 선단부(7a)로 한다. 그리고, 발열체 인출 전극(7)은, 선단부(7a)와 발열체(4)의 중첩 면적(S1)이, 기초부(7b)와 발열체(4)의 중첩 면적(S2)보다도 작다.Here, when the direction orthogonal to the energization direction of the
이에 의해, 도 1에 도시하는 바와 같이, 선단부(7a)의 전부가 발열체(4)와 중첩되어 있는 경우에도, 보호 소자(1)는, 외부 회로로부터 고전압이 인가된 경우에 스파크(방전)가 발생하기 어려워 안전하면서도 또한 빠르게 전류 경로를 차단할 수 있다.Accordingly, as shown in Fig. 1, even when the
또한, 발열체 인출 전극(7)에 폭이 넓은 기초부(7b)를 마련함으로써, 퓨즈 엘리먼트(3)의 용융 도체(3a)를 보유 지지하는 용량을 증가시킬 수 있어, 확실하게 퓨즈 엘리먼트(3)를 용단할 수 있다. 즉, 발열체 인출 전극(7)은, 폭이 좁은 선단부(7a)를 마련함으로써 스파크를 방지할 수 있지만, 한편으로 발열체 인출 전극(7)의 면적이 축소되면, 퓨즈 엘리먼트(3)의 용융 시에, 용융 도체(3a)를 보유 지지하는 용량이 줄어들어버려, 발열체 인출 전극(7)으로부터 넘친 용융 도체(3a)가 제1, 제2 전극(11, 12) 상의 용융 도체(3a)와 접촉해서 통전 경로를 차단할 수 없을 우려도 있다. 이 점, 발열체 인출 전극(7)은, 폭이 넓은 기초부(7b)를 형성함으로써 용융 도체(3a)를 보유 지지하는 용량을 증가시킬 수 있어, 확실하게 퓨즈 엘리먼트(3)를 용단할 수 있다(도 2).In addition, by providing the
또한, 보호 소자(1)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 발열체 인출 전극(7)의 선단부(7a)가 기초부(7b)와 동등한 폭을 갖는다고 상정한 경우에 있어서의 당해 상정 영역에 있어서, 발열체(4)와의 중첩 면적(S1)이, 상기 상정 영역에서의 상기 발열체와의 비중첩 면적(S3)보다도 좁은 것이 바람직하다. 도 1에 도시하는 보호 소자(1)에서는, 상정 영역에서의 비중첩 면적(S3)은, 선단부(7a)의 양측의 합계 면적을 말한다.In addition, as shown in FIG. 1, the
선단부(7a)는, 당해 상정 영역에 있어서, 발열체(4)의 고전위부와의 중첩 면적(S1)이 고전위부와의 비중첩 면적(S3)보다도 작게 됨으로써, 방전 경로가 형성되기 어려워져 스파크가 발생하기 어렵게 되어 있다.As for the
또한, 발열체 인출 전극(7)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 선단부(7a)의 면적이 기초부(7b)의 면적보다도 작은 것이 바람직하다. 이에 의해, 선단부(7a)의 전부가 발열체(4)와 중첩되어 있는 경우에도, 보호 소자(1)는, 외부 회로로부터 고전압이 인가된 경우에 스파크(방전)가 발생하기 어려워 안전하면서도 또한 빠르게 전류 경로를 차단할 수 있다.Moreover, as for the heat generating body lead-out
도 3, 도 4는 발열체 인출 전극(7)의 변형예이다. 발열체 인출 전극(7)은, 선단부(7a)를 대략 사다리꼴 형상, 혹은 삼각 형상으로 형성해도 된다. 또한, 도 3, 도 4에서는 퓨즈 엘리먼트(3)를 생략하고 있다.3 and 4 are modified examples of the heating element lead-out
또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 발열체 인출 전극(7)은, 퓨즈 엘리먼트(3)가 탑재되고, 발열체 인출 전극(7)의 선단부(7a)는, 퓨즈 엘리먼트(3)의 측연부보다도 발열체 급전 전극(5)측으로 돌출되지 않는 것이 바람직하다. 발열체 급전 전극(5)에는 고전압이 인가되어, 고전위로 되므로, 발열체 인출 전극(7)이 퓨즈 엘리먼트(3)로부터 저전위부측으로 퇴피함으로써 발열체 인출 전극(7)을 고전위부로부터 이격시킬 수 있다. 또한, 발열체 인출 전극(7)의 선단부(7a)는, 퓨즈 엘리먼트(3)의 측연부보다도 발열체 급전 전극(5)측으로 돌출되면, 당해 선단부(7a)가 피뢰침적으로 작용할 우려도 있는데, 이러한 피뢰침적인 부위가 형성되지 않아, 스파크의 발생 리스크를 저감할 수 있다. 또한, 발열체 인출 전극(7)과 퓨즈 엘리먼트(3)가 중첩됨으로써 고전위로 되는 발열체 급전 전극(5)과 대치하는 금속(즉, 선단부(7a) 및 퓨즈 엘리먼트(3))의 체적이 증가하여, 스파크가 발생한 경우에도 충격에 대한 내성이 향상되어 파손이 방지된다.Further, as shown in FIG. 1 , the
[퓨즈 엘리먼트][Fuse Element]
이어서, 퓨즈 엘리먼트(3)에 대해서 설명한다. 퓨즈 엘리먼트(3)는, 제1 및 제2 전극(11, 12)간에 걸쳐 실장되어, 발열체(4)의 통전에 의한 발열, 또는 정격을 초과하는 전류가 통전됨으로써 자기 발열(줄열)에 의해 용단되어, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)의 사이의 전류 경로를 차단하는 것이다.Next, the
퓨즈 엘리먼트(3)는, 발열체(4)의 통전에 의한 발열, 또는 과전류 상태에 의해 용융되는 도전성 재료이면 되며, 예를 들어 SnAgCu계의 Pb 프리 땜납 이외에, BiPbSn 합금, BiPb 합금, BiSn 합금, SnPb 합금, PbIn 합금, ZnAl 합금, InSn 합금, PbAgSn 합금 등을 사용할 수 있다.The
또한, 퓨즈 엘리먼트(3)는, 고융점 금속과, 저융점 금속을 함유하는 구조체이어도 된다. 예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이, 퓨즈 엘리먼트(3)는, 내층과 외층으로 이루어지는 적층 구조체이며, 내층으로서 저융점 금속층(13), 저융점 금속층(13)에 적층된 외층으로서 고융점 금속층(14)을 갖는다. 퓨즈 엘리먼트(3)는, 제1, 제2 전극(11, 12) 및 발열체 인출 전극(7) 상에 접속 땜납(9) 등의 접합 재료를 통해서 접속된다.In addition, the
저융점 금속층(13)은, 바람직하게는 땜납 또는 Sn을 주성분으로 하는 금속이며, 「Pb 프리 땜납」이라고 일반적으로 불리는 재료이다. 저융점 금속층(13)의 융점은, 반드시 리플로우로의 온도보다도 높은 필요는 없으며, 200℃ 정도에서 용융되어도 된다. 고융점 금속층(14)은, 저융점 금속층(13)의 표면에 적층된 금속층이며, 예를 들어 Ag 또는 Cu 또는 이들 중 어느 것을 주성분으로 하는 금속이며, 제1, 제2 전극(11, 12) 및 발열체 인출 전극(7)과 퓨즈 엘리먼트(3)의 접속이나 보호 소자(1)의 외부 회로 기판 상에의 실장을 리플로우에 의해 행하는 경우에도 용융되지 않는 높은 융점을 갖는다.The low-melting-
이러한 퓨즈 엘리먼트(3)는, 저융점 금속박에, 고융점 금속층을 도금 기술을 사용해서 성막함으로써 형성할 수 있고, 혹은, 다른 주지의 적층 기술, 막 형성 기술을 사용해서 형성할 수도 있다. 이때, 퓨즈 엘리먼트(3)는, 저융점 금속층(13)의 전체면이 고융점 금속층(14)에 의해 피복된 구조로 해도 되고, 서로 대향하는 한 쌍의 측면을 제외하고 피복된 구조이어도 된다. 또한, 퓨즈 엘리먼트(3)는, 고융점 금속층(14)을 내층으로 하고, 저융점 금속층(13)을 외층으로 해서 구성해도 되고, 또한 저융점 금속층과 고융점 금속층이 교대로 적층된 3층 이상의 다층 구조로 하거나, 외층의 일부에 개구부를 마련하여 내층의 일부를 노출시키는 등, 다양한 구성에 의해 형성할 수 있다.Such a
퓨즈 엘리먼트(3)는, 내층으로 되는 저융점 금속층(13)에, 외층으로서 고융점 금속층(14)을 적층함으로써, 리플로우 온도가 저융점 금속층(13)의 용융 온도를 초과한 경우에도, 퓨즈 엘리먼트(3)로서 형상을 유지할 수 있어, 용단에 이르지 않는다. 따라서, 제1, 제2 전극(11, 12) 및 발열체 인출 전극(7)과 퓨즈 엘리먼트(3)의 접속이나 보호 소자(1)의 외부 회로 기판 상에의 실장을, 리플로우에 의해 효율적으로 행할 수 있고, 또한 리플로우에 의해서도 퓨즈 엘리먼트(3)의 변형에 수반하여 국소적으로 저항값이 높아지거나 또는 낮아지는 등에 의해 소정의 온도에서 용단되지 않는, 혹은 소정의 온도 미만에서 용단되는 등의 용단 특성의 변동을 방지할 수 있다.The
또한, 퓨즈 엘리먼트(3)는, 소정의 정격 전류가 흐르고 있는 동안에는, 자기 발열에 의해서도 용단되지 않는다. 그리고, 정격보다도 높은 값의 전류가 흐르면, 자기 발열에 의해 용융되어, 제1, 제2 전극(11, 12)간의 전류 경로를 차단한다. 또한, 발열체(4)가 통전되어 발열함으로써 용융되어, 제1, 제2 전극(11, 12)간의 전류 경로를 차단한다.Further, the
이때, 퓨즈 엘리먼트(3)는, 용융된 저융점 금속층(13)이 고융점 금속층(14)을 침식(땜납 침식)함으로써, 고융점 금속층(14)이 용융 온도보다도 낮은 온도에서 용해된다. 따라서, 퓨즈 엘리먼트(3)는, 저융점 금속층(13)에 의한 고융점 금속층(14)의 침식 작용을 이용해서 단시간에 용단할 수 있다. 또한, 퓨즈 엘리먼트(3)의 용융 도체(3a)는, 발열체 인출 전극(7) 및 제1, 제2 전극(11, 12)의 물리적인 인입 작용에 의해 분단되므로, 빠르면서 또한 확실하게, 제1, 제2 전극(11, 12)간의 전류 경로를 차단할 수 있다(도 2).At this time, in the
또한, 퓨즈 엘리먼트(3)는, 저융점 금속층(13)의 체적을, 고융점 금속층(14)의 체적보다도 많게 형성하는 것이 바람직하다. 퓨즈 엘리먼트(3)는, 과전류에 의한 자기 발열 또는 발열체(4)의 발열에 의해 가열되어, 저융점 금속이 용융됨으로써 고융점 금속을 용식하고, 이에 의해 빠르게 용융, 용단할 수 있다. 따라서, 퓨즈 엘리먼트(3)는, 저융점 금속층(13)의 체적을 고융점 금속층(14)의 체적보다도 많게 형성함으로써, 이 용식 작용을 촉진하여, 빠르게 제1, 제2 외부 접속 전극(11, 12)간을 차단할 수 있다.In addition, in the
또한, 퓨즈 엘리먼트(3)는, 내층으로 되는 저융점 금속층(13)에 고융점 금속층(14)이 적층되어 구성되어 있기 때문에, 용단 온도를 종래의 고융점 금속으로 이루어지는 칩 퓨즈 등보다도 대폭 저감할 수 있다. 따라서, 퓨즈 엘리먼트(3)는, 동일 사이즈의 칩 퓨즈 등에 비하여, 단면적을 크게 할 수 있어 전류 정격을 대폭 향상시킬 수 있다. 또한, 동일한 전류 정격을 갖는 종래의 칩 퓨즈보다도 소형화, 박형화를 도모할 수 있어, 속 용단성이 우수하다.In addition, since the
또한, 퓨즈 엘리먼트(3)는, 보호 소자(1)가 내장된 전기 계통에 비정상적으로 높은 전압이 순간적으로 인가되는 서지에의 내성(내펄스성)을 향상시킬 수 있다. 즉, 퓨즈 엘리먼트(3)는, 예를 들어 100A의 전류가 수 msec 흘렀을 경우도 용단되어서는 안된다. 이 점, 지극히 단시간에 흐르는 대전류는 도체의 표층을 흐르므로(표피 효과), 퓨즈 엘리먼트(3)는, 외층으로서 저항값이 낮은 Ag 도금 등의 고융점 금속층(14)이 마련되어 있기 때문에, 서지에 의해 인가된 전류를 흘리기 쉬워, 자기 발열에 의한 용단을 방지할 수 있다. 따라서, 퓨즈 엘리먼트(3)는, 종래의 땜납 합금으로 이루어지는 퓨즈에 비하여, 대폭 서지에 대한 내성을 향상시킬 수 있다.In addition, the
또한, 퓨즈 엘리먼트(3)는, 산화 방지 및 용단 시의 습윤성의 향상 등을 위하여, 플럭스(도시하지 않음)를 도포해도 된다. 또한, 보호 소자(1)는, 절연 기판(3)이 케이스 부재(도시하지 않음)에 덮임으로써 그 내부가 보호되어 있다. 케이스 부재는, 예를 들어 각종 엔지니어링 플라스틱, 열가소성 플라스틱, 세라믹스, 유리 에폭시 기판 등의 절연성을 갖는 부재를 사용해서 형성할 수 있다. 또한, 케이스는, 절연 기판(2)의 표면(2a) 상에, 퓨즈 엘리먼트(3)가 용융 시에 구상으로 팽창하여, 용융 도체(3a)가 발열체 인출 전극(7)이나 제1, 제2 전극(11, 12) 상에 응집하기에 충분한 내부 공간을 갖는다.Further, the
[회로 구성예][Circuit configuration example]
이러한 보호 소자(1)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 리튬 이온 이차 전지의 배터리 팩(20) 내의 회로에 내장되어 사용된다. 배터리 팩(20)은, 예를 들어 합계 4개의 리튬 이온 이차 전지의 배터리 셀(21a 내지 21d)로 이루어지는 배터리 스택(25)을 갖는다.As shown in FIG. 6, such a
배터리 팩(20)은, 배터리 스택(25)과, 배터리 스택(25)의 충방전을 제어하는 충방전 제어 회로(26)와, 배터리 스택(25)의 이상 시에 충방전 경로를 차단하는 본 발명이 적용된 보호 소자(1)와, 각 배터리 셀(21a 내지 21d)의 전압을 검출하는 검출 회로(27)와, 검출 회로(27)의 검출 결과에 따라서 보호 소자(1)의 동작을 제어하는 스위치 소자가 되는 전류 제어 소자(28)를 구비한다.The
배터리 스택(25)은, 과충전 및 과방전 상태로부터 보호하기 위한 제어를 요하는 배터리 셀(21a 내지 21d)이 직렬 접속된 것이며, 배터리 팩(20)의 정극 단자(20a), 부극 단자(20b)를 통해서 착탈 가능하게 충전 장치(22)에 접속되어, 충전 장치(22)로부터의 충전 전압이 인가된다. 충전 장치(22)에 의해 충전된 배터리 팩(20)은, 정극 단자(20a), 부극 단자(20b)를 배터리로 동작하는 전자 기기에 접속함으로써, 이 전자 기기를 동작시킬 수 있다.In the
충방전 제어 회로(26)는, 배터리 스택(25)과 충전 장치(22)의 사이의 전류 경로에 직렬 접속된 2개의 전류 제어 소자(23a, 23b)와, 이들 전류 제어 소자(23a, 23b)의 동작을 제어하는 제어부(24)를 구비한다. 전류 제어 소자(23a, 23b)는, 예를 들어 전계 효과 트랜지스터(이하, FET라고 함)에 의해 구성되고, 제어부(24)에 의해 게이트 전압을 제어함으로써, 배터리 스택(25)의 전류 경로의 충전 방향 및/또는 방전 방향으로의 도통과 차단을 제어한다. 제어부(24)는, 충전 장치(22)로부터 전력 공급을 받아서 동작하고, 검출 회로(27)에 의한 검출 결과에 따라, 배터리 스택(25)이 과방전 또는 과충전일 때 전류 경로를 차단하도록, 전류 제어 소자(23a, 23b)의 동작을 제어한다.The charge/
보호 소자(1)는, 예를 들어 배터리 스택(25)과 충방전 제어 회로(26)의 사이의 충방전 전류 경로 상에 접속되어, 그 동작이 전류 제어 소자(28)에 의해 제어된다.The
검출 회로(27)는, 각 배터리 셀(21a 내지 21d)과 접속되어, 각 배터리 셀(21a 내지 21d)의 전압 값을 검출하여, 각 전압 값을 충방전 제어 회로(26)의 제어부(24)에 공급한다. 또한, 검출 회로(27)는, 어느 하나의 배터리 셀(21a 내지 21d)이 과충전 전압 또는 과방전 전압으로 되었을 때 전류 제어 소자(28)를 제어하는 제어 신호를 출력한다.The
전류 제어 소자(28)는, 예를 들어 FET에 의해 구성되고, 검출 회로(27)로부터 출력되는 검출 신호에 의해, 배터리 셀(21a 내지 21d)의 전압 값이 소정의 과방전 또는 과충전 상태를 초과하는 전압으로 되었을 때, 보호 소자(1)를 동작시켜서, 배터리 스택(25)의 충방전 전류 경로를 전류 제어 소자(23a, 23b)의 스위치 동작에 구애되지 않고 차단하도록 제어한다.The
이상과 같은 구성으로 이루어지는 배터리 팩(20)에 사용되는, 본 발명이 적용된 보호 소자(1)는, 도 7에 도시하는 바와 같은 회로 구성을 갖는다. 즉, 보호 소자(1)는, 제1 외부 접속 전극(11a)이 배터리 스택(25)측과 접속되고, 제2 외부 접속 전극(12a)이 정극 단자(20a)측과 접속되어, 이에 의해 퓨즈 엘리먼트(3)가 배터리 스택(25)의 충방전 경로 상에 직렬로 접속된다. 또한, 보호 소자(1)는, 발열체(4)가 발열체 급전 전극(5) 및 제3 외부 접속 전극(5a)을 통해서 전류 제어 소자(28)와 접속됨과 함께, 발열체(4)가 배터리 스택(25)의 개방 단부와 접속된다. 이에 의해, 발열체(4)는, 일단이 발열체 인출 전극(7)을 통해서 퓨즈 엘리먼트(3) 및 배터리 스택(25)의 한쪽 개방 단부와 접속되고, 타단이 제3 외부 접속 전극(5a)을 통해서 전류 제어 소자(28) 및 배터리 스택(25)의 다른 쪽 개방 단부와 접속되어, 전류 제어 소자(28)에 의해 통전이 제어되는 발열체(4)에의 급전 경로가 형성된다.The
[보호 소자의 동작][Operation of protection element]
검출 회로(27)가, 배터리 셀(21a 내지 21d)의 어느 것의 이상 전압을 검출하면, 전류 제어 소자(28)에 차단 신호를 출력한다. 그러면, 전류 제어 소자(28)는, 발열체(4)에 통전하도록 전류를 제어한다. 보호 소자(1)는, 배터리 스택(25)으로부터 발열체(4)에 전류가 흘러, 이에 의해 발열체(4)가 발열을 개시한다. 보호 소자(1)는, 발열체(4)의 발열에 의해 퓨즈 엘리먼트(3)가 용단되어, 배터리 스택(25)의 충방전 경로를 차단한다. 또한, 보호 소자(1)는, 퓨즈 엘리먼트(3)를 고융점 금속과 저융점 금속을 함유시켜서 형성함으로써, 고융점 금속의 용단 전에 저융점 금속이 용융되고, 용융된 저융점 금속에 의한 고융점 금속의 용식 작용을 이용해서 단시간에 퓨즈 엘리먼트(3)를 용해시킬 수 있다.When the
이때, 보호 소자(1)는, 통전 시에 있어서의 발열체(4)의 고전위부측으로 연장되는 선단부(7a)와 발열체(4)의 중첩 면적(S1)이, 저전위부측으로 연장되는 기초부(7b)와 발열체(4)의 중첩 면적(S2)보다도 작게 되어 있다. 이에 의해, 보호 소자(1)는, 대전류 용도에 대응하는 배터리 스택(25)으로부터 발열체 급전 전극(5)에 고전압이 인가된 경우에도, 스파크(방전)가 발생하기 어려워 안전하면서도 또한 빠르게 전류 경로를 차단할 수 있다.At this time, in the
또한, 보호 소자(1)는, 발열체 인출 전극(7)의 기초부(7b)로부터 돌출되는 폭이 좁은 선단부(7a)를 가지므로, 발열체(4)의 열이 선단부(7a)에 집중되어, 선단부(7a)로부터 퓨즈 엘리먼트(3)에 빠르게 고열을 전달할 수 있다. 즉, 보호 소자(1)는, 폭이 좁은 선단부(7a)를 가짐으로써, 직사각 형상의 발열체 인출 전극에 비해서 발열체(4)의 열이 확산하지 않고 선단부(7a)에 집중되어, 효율적으로 퓨즈 엘리먼트(3)에 전달할 수 있다. 따라서, 보호 소자(1)는, 대전류 용도에 대응하기 위해서 퓨즈 엘리먼트(3)의 단면적을 증대시킨 경우에도, 선단부(7a)에 열을 집중시켜서 빠르게 퓨즈 엘리먼트(3)를 용단할 수 있다.In addition, since the
보호 소자(1)는, 퓨즈 엘리먼트(3)가 용단됨으로써, 발열체(4)에의 급전 경로도 차단되기 때문에, 발열체(4)의 발열이 정지된다.In the
또한, 보호 소자(1)는, 배터리 팩(20)에 정격을 초과하는 과전류가 통전되었을 경우에도, 퓨즈 엘리먼트(3)가 자기 발열에 의해 용융되어, 배터리 팩(20)의 충방전 경로를 차단할 수 있다.In addition, the
이와 같이, 보호 소자(1)는, 발열체(4)의 통전에 의한 발열, 혹은 과전류에 의한 퓨즈 엘리먼트(3)의 자기 발열에 의해 퓨즈 엘리먼트(3)가 용단된다. 이때, 보호 소자(1)는, 회로 기판에의 리플로우 실장 시나, 보호 소자(1)가 실장된 회로 기판이 또한 리플로우 가열 등의 고온 환경 하에 노출된 경우에도, 저융점 금속이 고융점 금속에 의해 피복된 구조를 가지므로, 퓨즈 엘리먼트(3)의 변형이 억제되어 있다. 따라서, 퓨즈 엘리먼트(3)의 변형에 의한 저항값의 변동 등에 기인하는 용단 특성의 변동이 방지되어, 소정의 과전류나 발열체(4)의 발열에 의해 빠르게 용단될 수 있다.As described above, in the
본 발명에 따른 보호 소자(1)는, 리튬 이온 이차 전지의 배터리 팩에 사용하는 경우에 한하지 않고, 전기 신호에 의한 전류 경로의 차단을 필요로 하는 다양한 용도에도 물론 응용 가능하다.The
제1 실시예first embodiment
이어서, 보호 소자(1)의 실시예에 대해서 설명한다. 제1 실시예에서는, 도 1에 도시하는 보호 소자(1)와, 도 25 및 도 8에 도시하는 직사각 형상의 발열체 인출 전극이 마련된 보호 소자를 준비하여, 각각 50V, 100V, 200V의 전압을 인가했을 때의 스파크 유무를 판정하였다. 또한, 퓨즈 엘리먼트의 용단 시간을 평가하여, 소정 시간(60초) 이내에 용단된 경우를 ○(양호), 소정 시간 이내에 용단되지 않았을 경우를 ×(불량)로 평가하였다.Next, an embodiment of the
실시예 및 비교예에 관한 보호 소자의 각 부의 치수는, 이하와 같이 정의된다. 또한, 표 1에 나타내는 각 부의 수치는, E를 1로 했을 때의 비율을 나타내는 수치이다.The dimension of each part of the protection element which concerns on an Example and a comparative example is defined as follows. In addition, the numerical value of each part shown in Table 1 is a numerical value which shows the ratio when E is set to 1.
D: 발열체 인출 전극의 선단부와 발열체 급전 전극의 거리D: distance between the tip of the heating element lead-out electrode and the heating element feeding electrode
E: 발열체의 통전 방향의 길이E: Length in the energization direction of the heating element
F: 발열체 인출 전극의 최소 폭F: Minimum width of the heating element lead-out electrode
G: 발열체 인출 전극의 최대 폭G: Maximum width of the heating element lead-out electrode
L: 발열체 인출 전극의 선단부의 측연부와 기초부의 측연부간의 폭L: Width between the side edge of the tip of the heating element lead-out electrode and the side edge of the base
P: 발열체 인출 전극과 발열체의 중첩 길이P: overlapping length of the heating element lead-out electrode and the heating element
Q: 발열체 인출 전극의 기초부의 길이Q: Length of the base of the heating element lead-out electrode
[실시예 1][Example 1]
실시예 1에 관한 보호 소자는, 도 1에 도시하는 것을 사용하였다. 실시예 1에 관한 보호 소자에서는, 발열체 인출 전극에 기초부(폭(G): 0.33) 및 선단부(폭(F): 0.1)가 마련되고, 기초부는 선단부보다도 편측 0.06만큼 광폭으로 형성되어 있다. 또한, 발열체 인출 전극은, 퓨즈 엘리먼트보다도 발열체 급전 전극측으로 돌출되지 않아, 발열체 인출 전극의 선단부와 발열체 급전 전극의 거리(D)는 0.38을 확보하고, 또한 발열체 인출 전극과 발열체의 중첩 길이(P)는 0.62로 되어 있다.As the protection element according to Example 1, the one shown in FIG. 1 was used. In the protection element according to Example 1, a base portion (width G: 0.33) and a tip portion (width F: 0.1) are provided on the heating element lead-out electrode, and the base portion is formed to be 0.06 wider on one side than the tip portion. In addition, the heating element drawing electrode does not protrude toward the heating element feeding electrode side than the fuse element, so the distance (D) between the tip of the heating element extraction electrode and the heating element feeding electrode is 0.38, and the overlapping length (P) of the heating element extraction electrode and the heating element feeding electrode is set to 0.62.
[비교예 1][Comparative Example 1]
비교예 1에 관한 보호 소자는, 도 25에 도시하는 것을 사용하였다. 비교예 1에 관한 보호 소자에서는, 직사각 형상의 발열체 인출 전극(폭: 0.21)이 형성되어 있다. 또한, 발열체 인출 전극은, 퓨즈 엘리먼트보다도 발열체 급전 전극측으로 돌출되어, 발열체 인출 전극의 선단부와 발열체 급전 전극의 거리(D)는 0.07로 짧고, 또한 발열체 인출 전극과 발열체의 중첩 길이(P)는 0.93으로 되어 있다.As the protection element according to Comparative Example 1, the one shown in FIG. 25 was used. In the protection element according to Comparative Example 1, a rectangular heating element extraction electrode (width: 0.21) was formed. In addition, the heating element drawing electrode protrudes toward the heating element feeding electrode side than the fuse element, the distance (D) between the tip of the heating element extraction electrode and the heating element feeding electrode is as short as 0.07, and the overlapping length (P) of the heating element extraction electrode and the heating element is 0.93 is made of
[비교예 2][Comparative Example 2]
비교예 2에 관한 보호 소자는, 도 8에 도시하는 것을 사용하였다. 비교예 2에 관한 보호 소자도, 비교예 1과 마찬가지로, 직사각 형상의 발열체 인출 전극(폭: 0.21)을 사용하고 있다. 비교예 1과의 상위점은, 비교예 2에 관한 보호 소자에서는, 발열체 인출 전극이, 퓨즈 엘리먼트보다도 발열체 급전 전극측으로 돌출되어 있지 않은 점이다. 이에 의해, 비교예 2에서는, 발열체 인출 전극의 선단부와 발열체 급전 전극의 거리(D)를 0.38 확보하고, 또한 발열체 인출 전극과 발열체의 중첩 길이(P)는 0.62로 되어 있다.As the protection element according to Comparative Example 2, the one shown in FIG. 8 was used. Similarly to Comparative Example 1, the protection element according to Comparative Example 2 uses a rectangular heating element lead-out electrode (width: 0.21). The difference from Comparative Example 1 is that, in the protection element according to Comparative Example 2, the heating-element lead-out electrode does not protrude toward the heating-element feeding electrode side than the fuse element. Thereby, in Comparative Example 2, the distance D between the front end of the heating element lead-out electrode and the heating element feeding electrode was secured by 0.38, and the overlapping length P between the heating element extraction electrode and the heating element was 0.62.
표 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 1에서는, 어느 전압을 인가한 경우에도 스파크의 발생이 없고, 또한 소정 시간 내에 퓨즈 엘리먼트를 용단시킬 수 있었다. 한편, 비교예 1에서는, 어느 전압을 인가한 경우에도 스파크가 발생하여, 소정 시간 내에 퓨즈 엘리먼트를 용단시킬 수 없었다. 또한, 비교예 2에서는, 어느 전압을 인가한 경우에도 스파크는 발생하지 않았지만, 폭: 0.21로 폭이 좁은 직사각 형상의 발열체 인출 전극을 사용하고 있기 때문에, 퓨즈 엘리먼트의 용융 도체를 보유 지지하는 용량이 부족하여, 도 9에 도시하는 바와 같이, 제1, 제2 전극과의 사이에서 용융 도체가 연속하여, 소정 시간 내에 퓨즈 엘리먼트를 용단시킬 수 없었다.As shown in Table 2, in Example 1, no spark was generated even when any voltage was applied, and the fuse element could be blown by fusing within a predetermined time. On the other hand, in Comparative Example 1, sparks were generated even when any voltage was applied, and the fuse element could not be blown by fusing within a predetermined time. Further, in Comparative Example 2, no spark was generated even when any voltage was applied, but since a rectangular heating element extraction electrode having a narrow width of 0.21 was used, the capacity for holding the molten conductor of the fuse element was increased. In short, as shown in FIG. 9, a molten conductor was continuous between a 1st, 2nd electrode, and the fuse element could not be blown-off within a predetermined time.
[제2 실시 형태: 표면 발열체 양쪽 사이드 구조][Second Embodiment: Surface Heating Element Both Side Structures]
이어서, 본 기술이 적용된 보호 소자의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 상술한 보호 소자(1)와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 그 상세를 생략하는 경우가 있다. 제2 실시 형태에 따른 보호 소자(30)는, 도 10의 (A) 내지 (C)에 도시하는 바와 같이, 절연 기판(2)과, 절연 기판(2)의 표면(2a)측에 마련된 퓨즈 엘리먼트(3)와, 절연 기판(2)에 형성되어, 발열에 의해 퓨즈 엘리먼트(3)를 용단하는 복수의 발열체(4)와, 발열체(4)의 일단과 접속되어 발열체(4)에의 급전 단자로 되는 발열체 급전 전극(5)과, 발열체(4)를 피복하는 절연층(6)과, 발열체(4)의 타단과 접속되고, 절연층(6) 상에 발열체(4)를 따라 형성되어, 퓨즈 엘리먼트(3)의 용융 도체(3a)가 보유 지지되는 발열체 인출 전극(7)을 갖는다.Next, 2nd Embodiment of the protection element to which this technique was applied is demonstrated. In addition, in the following description, about the structure similar to the
그리고, 보호 소자(30)는, 복수의 발열체(4)가 절연 기판(2) 상에 이격되어 병렬로 마련되어 있다. 각 발열체(4)는, 일단이 발열체 급전 전극(5)과 접속되고, 타단이 발열체 전극(8)과 접속되어 있다. 발열체 전극(8)은, 발열체 인출 전극(7)과 접속되어 있다. 각 발열체(4)는, 발열체 급전 전극(5)을 통해서 통전되면, 발열체 급전 전극(5)측이 고전위부로 되고, 발열체 전극(8) 및 발열체 인출 전극(7)측이 저전위부로 된다. 또한, 각 발열체(4)는 절연층(6)에 피복됨과 함께, 절연층(6) 상에 형성된 발열체 인출 전극(7)과 중첩되어 있다.In addition, the
보호 소자(30)에 형성된 발열체 인출 전극(7)은, Ag나 Cu 혹은 Ag나 Cu를 주성분으로 하는 합금 재료 등의 공지된 전극 재료를 사용해서 인쇄 등의 공지된 방법에 의해 형성할 수 있다.The heating
발열체 인출 전극(7)은, 통전 시에 있어서의 각 발열체(4)의 고전위부측으로 연장되는 선단부(7a)와 저전위부측으로 연장되는 기초부(7b)를 갖고, 선단부(7a)와 발열체(4)의 중첩 면적(S1)이, 기초부(7b)와 발열체(4)의 중첩 면적(S2)보다도 작다. 이에 의해, 보호 소자(30)는, 보호 소자(1)와 마찬가지로, 외부 회로로부터 고전압이 인가된 경우에도 스파크(방전)가 발생하기 어려워 안전하면서도 또한 빠르게 전류 경로를 차단할 수 있다.The heating
또한, 도 10에 도시하는 보호 소자(30)에 있어서는, 발열체 인출 전극(7)은, 기초부(7b)에서 각 발열체(4)와 중첩되고, 선단부(7a)가 2개의 발열체(4)간의 영역 상에 형성되어, 선단부(7a)가 2개의 발열체(4)와 중첩되어 있지 않다. 발열체 인출 전극(7)의 선단부(7a)는, 발열체(4)의 고전위부측으로 연장되어 있지만, 발열체(4)와의 중첩 면적과 중첩되어 있지 않은, 즉 발열체(4)와의 중첩 면적은 제로이며, 기초부(7b)의 발열체(4)와의 중첩 면적보다도 작다. 이에 의해, 선단부(7a)는, 발열체(4)의 고전위부와의 거리나 대향 면적(중첩 면적)이 작게 되어, 그만큼 방전 경로가 형성되기 어려워져 스파크가 발생하기 어렵게 되어 있다.In addition, in the
또한, 보호 소자(30)는, 도 11에 도시한 바와 같이, 발열체 인출 전극(7)의 선단부(7a)가 2개의 발열체(4)의 사이의 영역 상에 형성되고, 선단부(7a)의 일부를, 적어도 하나, 바람직하게는 2개의 발열체(4)와 중첩시켜도 된다. 도 11에 도시하는 구성에서도, 보호 소자(30)는, 선단부(7a)와 발열체(4)의 중첩 면적(S1)이, 기초부(7b)와 발열체(4)의 중첩 면적(S2)보다도 작게 되어, 고전압이 인가된 경우에도 스파크(방전)가 발생하기 어려워 안전하면서도 또한 빠르게 전류 경로를 차단할 수 있다. 또한, 선단부(7a)가 발열체(4)와 일부 중첩됨으로써, 발열체(4)의 열이 효율적으로 선단부(7a)에 전해져서, 보다 빠르게 퓨즈 엘리먼트(3)를 가열할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 11, in the
도 12는 보호 소자(30)의 회로도이다. 보호 소자(30)는, 복수의 발열체(4)의 각 일단이 절연 기판(2)에 형성된 발열체 급전 전극(5)을 통해서 발열체(4)를 발열시키기 위한 전원에 접속되고, 각 발열체(4)의 타단이 발열체 인출 전극(7)을 통해서 퓨즈 엘리먼트(3)와 접속되어 있다.12 is a circuit diagram of the
[발열체 인출 전극(7)의 변형예][Modified example of the heating element extraction electrode 7]
도 13, 도 14는 발열체 인출 전극(7)의 변형예이다. 도 13에 도시하는 바와 같이, 발열체 인출 전극(7)은, 선단부(7a)를 직사각 형상으로 형성함과 함께, 선단부(7a)와 기초부(7b)를 경사면을 개재해서 연속시켜도 된다. 또한, 발열체 인출 전극(7)은, 도 14에 도시하는 바와 같이 선단부(7a)를 대략 사다리꼴 형상으로 형성해도 되고, 혹은 삼각 형상으로 형성해도 된다.13 and 14 are modified examples of the heating element lead-out
또한, 보호 소자(30)는, 도 15에 도시하는 바와 같이, 절연 기판(2)의 이면(2b)에, 퓨즈 엘리먼트(3)의 용융 도체(3a)를 보유 지지하는 보유 지지 전극(32)을 형성하고, 발열체 인출 전극(7)과 보유 지지 전극(32)을, 절연 기판(2)을 관통하는 관통 구멍(33)을 통해서 연속시켜, 용융된 퓨즈 엘리먼트(3)의 용융 도체(3a)를 관통 구멍(33)을 통해서 보유 지지 전극(32)측에 흡인하도록 해도 된다.In addition, as shown in FIG. 15 , the
관통 구멍(33)은, 퓨즈 엘리먼트(3)가 용융되면, 모세관 현상에 의해 이 용융 도체(3a)를 흡인하여, 발열체 인출 전극(7) 상에서 보유 지지하는 용융 도체(3a)의 체적을 감소시킬 수 있다. 이에 의해, 도 16에 도시하는 바와 같이, 보호 소자의 고정격화, 고용량화에 수반하여 퓨즈 엘리먼트(3)가 대형화함으로써 용융량이 증대한 경우에도, 대량의 용융 도체(3a)를 보유 지지 전극(32), 발열체 인출 전극(7) 및 제1, 제2 전극(11, 12)에 의해 보유 지지할 수 있어, 퓨즈 엘리먼트(3)를 확실하게 용단할 수 있다.When the
보유 지지 전극(32)은, 발열체 인출 전극(7)과 마찬가지로, Ag나 Cu 혹은 Ag나 Cu를 주성분으로 하는 합금 재료 등의 공지된 전극 재료를 사용해서 인쇄 등의 공지된 방법에 의해 형성할 수 있다.The holding
관통 구멍(33)은, 내면에 도전층(34)이 형성되어 있다. 도전층(34)이 형성됨으로써, 관통 구멍(33)은 용융 도체(3a)를 흡인하기 쉽게 할 수 있다. 도전층(34)은, 예를 들어 구리, 은, 금, 철, 니켈, 팔라듐, 납, 주석 중 어느 것, 또는 어느 것을 주성분으로 하는 합금에 의해 형성되고, 관통 구멍(33)의 내면을 전해 도금이나 도전 페이스트의 인쇄 등의 공지된 방법에 의해 형성할 수 있다. 또한, 도전층(34)은, 복수의 금속선이나, 도전성을 갖는 리본의 집합체를 관통 구멍(33) 내에 삽입함으로써 형성해도 된다.A
관통 구멍(33)의 도전층(34)은, 절연 기판(2)의 표면(2a)에 형성된 발열체 인출 전극(7)과 연속되어 있다. 발열체 인출 전극(7)은, 퓨즈 엘리먼트(3)를 지지함과 함께 용단 시에는 용융 도체(3a)가 응집되기 때문에, 발열체 인출 전극(7)과 도전층(34)이 연속함으로써, 용융 도체(3a)를 관통 구멍(33) 내에 유도하기 쉽게 할 수 있다.The
또한, 관통 구멍(33)의 도전층(34)은, 절연 기판(2)의 이면(2b)에 형성된 보유 지지 전극(32)과 연속되어 있다. 이에 의해, 퓨즈 엘리먼트(3)가 용융되면, 관통 구멍(33)을 통해서 흡인된 용융 도체(3a)를 보유 지지 전극(32)에 응집시킬 수 있어(도 16 참조), 보다 많은 용융 도체(3a)를 흡인하여, 발열체 인출 전극(7) 및 제1, 제2 전극(11, 12)에 의해 보유 지지되는 퓨즈 엘리먼트(3)의 용단 부위에서의 용융 도체(3a)의 체적을 감소시킬 수 있다.In addition, the
또한, 보호 소자(30)는, 관통 구멍(33)을 복수 형성함으로써, 퓨즈 엘리먼트(3)의 용융 도체(3a)를 흡인하는 경로를 증가시켜서 보다 많은 용융 도체(3a)를 흡인함으로써, 용단 부위에서의 용융 도체(3a)의 체적을 감소시키도록 해도 된다.Moreover, the
[발열체의 변형예][Modified example of heating element]
또한, 보호 소자(30)는, 복수의 발열체(4)의 형상을 대략 직사각 형상으로 형성하는 것 외에, 도 17에 도시하는 바와 같이, 저전위부측의 단부에 걸쳐서 L자상으로 형성된 돌출부(4a)를 갖고, 당해 돌출부(4a)를 서로 대향시키도록 형성해도 된다. 돌출부(4a)는, 도 17의 (A), (B)에 도시하는 바와 같이, 발열체(4)의 길이 방향에 대하여 대략 직교해서 형성해도 되고, 도 17의 (C), (D)에 도시하는 바와 같이 테이퍼면을 가져도 된다. 또한, 발열체 인출 전극(7), 혹은 보유 지지 전극(32)은, 당해 돌출부(4a)에 중첩시켜도 된다.In addition, in the
[제3 실시 형태: 이면 발열체 구조][Third Embodiment: Structure of Back Heating Element]
이어서, 본 기술이 적용된 보호 소자의 제3 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 상술한 보호 소자(1, 30)와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 그 상세를 생략하는 경우가 있다. 제3 실시 형태에 따른 보호 소자(40)는, 도 18의 (A), (B)에 도시하는 바와 같이, 절연 기판(2)과, 절연 기판(2)의 표면(2a)측에 마련된 퓨즈 엘리먼트(3)와, 절연 기판(2)에 형성되어, 발열에 의해 퓨즈 엘리먼트(3)를 용단하는 복수의 발열체(4)와, 발열체(4)의 일단과 접속되어 발열체(4)에의 급전 단자로 되는 발열체 급전 전극(5)과, 발열체(4)를 피복하는 절연층(6)과, 발열체(4)의 타단과 접속되고, 절연층(6) 상에 발열체(4)를 따라 형성되어, 퓨즈 엘리먼트(3)의 용융 도체(3a)가 보유 지지되는 발열체 인출 전극(7)을 갖는다.Next, 3rd Embodiment of the protection element to which this technology was applied is demonstrated. In addition, in the following description, about the structure similar to the
그리고, 보호 소자(40)는, 각 발열체(4), 발열체 급전 전극(5) 및 발열체 인출 전극(7)이, 퓨즈 엘리먼트(3)가 마련된 절연 기판(2)의 표면(2a)과 반대측의 이면(2b)에 형성되고, 절연 기판(2)의 표면(2a)에는, 퓨즈 엘리먼트(3)를 지지하는 지지 전극(41)이 형성되어 있다. 이면(2b)에 형성된 발열체 인출 전극(7)과 지지 전극(41)은, 절연 기판(2)을 관통하는 관통 구멍(42)을 통해서 연속되고, 이에 의해, 절연 기판(2)은, 용융된 퓨즈 엘리먼트(3)의 용융 도체(3a)를 관통 구멍(42)을 통해서 발열체 인출 전극(7)측에 흡인하여 퓨즈 엘리먼트(3)를 용단하는 용단 부재(43)를 구성한다.And the
각 발열체(4)는, 일단이 발열체 급전 전극(5)과 접속되고, 타단이 발열체 전극(8)과 접속되어 있다. 발열체 전극(8)은, 발열체 인출 전극(7)과 접속되어 있다. 각 발열체(4)는, 발열체 급전 전극(5)을 통해서 통전되면, 발열체 급전 전극(5)측이 고전위부로 되고, 발열체 전극(8) 및 발열체 인출 전극(7)측이 저전위부로 된다. 또한, 각 발열체(4)는 절연층(6)에 피복됨과 함께, 절연층(6) 상에 형성된 발열체 인출 전극(7)과 중첩되어 있다.Each
발열체 인출 전극(7)은, 통전 시에 있어서의 각 발열체(4)의 고전위부측으로 연장되는 선단부(7a)와 저전위부측으로 연장되는 기초부(7b)를 갖고, 선단부(7a)와 발열체(4)의 중첩 면적(S1)이, 기초부(7b)와 발열체(4)의 중첩 면적(S2)보다도 작다. 이에 의해, 보호 소자(20)는, 보호 소자(1)와 마찬가지로, 외부 회로로부터 고전압이 인가된 경우에도 스파크(방전)가 발생하기 어려워 안전하면서도 또한 빠르게 전류 경로를 차단할 수 있다. 또한, 보호 소자(40)에 있어서도, 보호 소자(30)와 마찬가지로, 발열체 인출 전극(7)은, 도 10 내지 13에 도시하는 다양한 구성을 채용할 수 있다.The heating
지지 전극(41)은, 접속 땜납(9) 등의 접합 재료를 통해서 퓨즈 엘리먼트(3)와 접속되어, 퓨즈 엘리먼트(3)가 용융되면 용융 도체(3a)가 응집, 보유 지지된다. 또한, 지지 전극(41)에는, 퓨즈 엘리먼트(3)의 용융 도체(3a)를 모세관 현상에 의해 흡인하는 관통 구멍(42)이 형성되고, 이에 의해 지지 전극(41) 상에서 보유 지지하는 용융 도체(3a)의 체적이 감소된다. 그리고, 도 19에 도시하는 바와 같이, 보호 소자(40)는, 대전류 용도에 대응하기 위해서 퓨즈 엘리먼트(3)의 단면적을 증대시킴으로써, 용융 도체(3a)의 양이 증대한 경우에도, 관통 구멍(42)에 흡인시킴과 함께 발열체 인출 전극(7)에서 보유 지지함으로써, 지지 전극(41)에서 보유 지지하는 용융 도체(3a)의 양을 감소시킬 수 있어, 퓨즈 엘리먼트(3)를 확실하게 용단할 수 있다.The
지지 전극(41)은, 발열체 인출 전극(7)과 마찬가지로, Ag나 Cu 혹은 Ag나 Cu를 주성분으로 하는 합금 재료 등의 공지된 전극 재료를 사용해서 인쇄 등의 공지된 방법에 의해 형성할 수 있다.The
또한, 관통 구멍(42)은, 상술한 관통 구멍(33)과 마찬가지로, 그 내면에 지지 전극(41) 및 발열체 인출 전극(7)과 연속하는 도전층(44)이 형성되어 있다. 도전층(44)은, 상기 도전층(34)과 마찬가지의 구성, 작용을 갖기 때문에, 상세는 생략한다. 또한, 보호 소자(40)는, 관통 구멍(42)을 복수 형성함으로써, 퓨즈 엘리먼트(3)의 용융 도체(3a)를 흡인하는 경로를 증가시켜서 보다 많은 용융 도체(3a)를 흡인함으로써, 용단 부위에서의 용융 도체(3a)의 체적을 감소시키도록 해도 된다.Further, in the through
또한, 절연 기판(2)의 표면(2a)에는, 지지 전극(41)과 함께 퓨즈 엘리먼트(3)에 접속됨과 함께, 용융 도체(3a)를 보유 지지하는 보조 전극(45)이 마련되어 있다. 또한, 퓨즈 엘리먼트(3)는, 절연 기판(2)과는 별도로 마련되어, 외부 회로와 접속된 제1, 제2 전극 단자(46, 47)과 접속 땜납(9) 등의 접합 재료를 통해서 접속되어 있다. 또한, 발열체 급전 전극(5)도, 마찬가지로 절연 기판(2)과는 별도로 마련되어, 외부 회로와 접속된 제3 전극 단자(48)와 접속되어 있다.Moreover, the
이와 같은 구성을 갖는 절연 기판(2)은, 보조 전극(45) 및 지지 전극(41)이 접합 재료를 통해서 퓨즈 엘리먼트(3)에 접속되어, 발열체(4)가 통전, 발열되면 이 열에 의해 퓨즈 엘리먼트(3)를 용융시키고, 그 용융 도체(3a)를 관통 구멍(42)을 통해서 발열체 인출 전극(7)측에 흡인하여 차단하는 용단 부재(43)를 구성한다.In the insulating
또한, 보호 소자(40)는, 도 20에 도시하는 바와 같이, 퓨즈 엘리먼트(3)를 복수의 용단 부재(43)에 끼움 지지시켜도 된다. 도 20에 도시하는 보호 소자(40)는, 용단 부재(43)가, 퓨즈 엘리먼트(3)의 한쪽 면 및 다른 쪽 면에 각각 배치되어 있다. 도 21은 보호 소자(40)의 회로도이다. 퓨즈 엘리먼트(3)의 표면 및 이면에 배치된 각 용단 부재(43)는, 각각 발열체(4)의 일단이, 각 절연 기판(2)에 형성된 발열체 인출 전극(7) 및 지지 전극(41)을 통해서 퓨즈 엘리먼트(3)와 접속되고, 발열체(4)의 타단이 각 절연 기판(2)에 형성된 발열체 급전 전극(5)을 통해서 발열체(4)를 발열시키기 위한 전원에 접속된다.In addition, the
또한, 도 22에 도시하는 바와 같이, 보호 소자(40)는, 발열체(4)의 발열에 의해 퓨즈 엘리먼트(3)를 용단할 때는, 퓨즈 엘리먼트(3)의 양면에 접속된 각 용단 부재(43, 43)의 발열체(4)가 발열하여, 퓨즈 엘리먼트(3)의 양면으로부터 가열한다. 따라서, 보호 소자(40)는, 대전류 용도에 대응하기 위해서 퓨즈 엘리먼트(3)의 단면적을 증대시킨 경우에도, 빠르게 퓨즈 엘리먼트(3)를 가열하여 용단할 수 있다.Moreover, as shown in FIG. 22, when the
또한, 보호 소자(40)는, 퓨즈 엘리먼트(3)의 양면으로부터 용융 도체(3a)를, 각 용단 부재(43)의 절연 기판(2)에 형성한 각 관통 구멍(42) 내에 흡인한다. 따라서, 보호 소자(40)는, 대전류 용도에 대응하기 위해서 퓨즈 엘리먼트(3)의 단면적을 증대시켜 용융 도체(3a)가 다량으로 발생한 경우에도, 복수의 용단 부재(43)에 의해 흡인하여, 확실하게 퓨즈 엘리먼트(3)를 용단시킬 수 있다. 또한, 보호 소자(40)는, 복수의 용단 부재(43)에 의해 용융 도체(3a)를 흡인함으로써, 보다 빠르게 퓨즈 엘리먼트(3)를 용단시킬 수 있다.Moreover, the
보호 소자(40)는, 퓨즈 엘리먼트(3)로서, 내층을 구성하는 저융점 금속을 고융점 금속으로 피복하는 피복 구조를 사용한 경우에도, 퓨즈 엘리먼트(3)를 빠르게 용단시킬 수 있다. 즉, 고융점 금속으로 피복된 퓨즈 엘리먼트(3)는, 발열체(4)가 발열한 경우에도, 외층의 고융점 금속이 용융되는 온도까지 가열하는데 시간을 요한다. 여기서, 보호 소자(40)는, 복수의 용단 부재(43)를 구비하여, 동시에 각 발열체(4)를 발열시킴으로써, 외층의 고융점 금속을 빠르게 용융 온도까지 가열할 수 있다. 따라서, 보호 소자(40)에 의하면, 외층을 구성하는 고융점 금속층의 두께를 두껍게 할 수 있어, 더한층의 고정격화를 도모하면서, 속 용단 특성을 유지할 수 있다.The
또한, 보호 소자(40)는, 도 20에 도시하는 바와 같이, 한 쌍의 용단 부재(43, 43)가 대향해서 퓨즈 엘리먼트(3)에 접속되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 보호 소자(40)는, 한 쌍의 용단 부재(43, 43)에서, 퓨즈 엘리먼트(3)의 동일 개소를 양면측으로부터 동시에 가열함과 함께 용융 도체(3a)를 흡인할 수 있어, 보다 빠르게 퓨즈 엘리먼트(3)를 가열, 용단할 수 있다.Moreover, as for the
또한, 보호 소자(40)는, 한 쌍의 용단 부재(43, 43)의 각 절연 기판(2)에 형성된 보조 전극(45) 및 지지 전극(41)이 퓨즈 엘리먼트(3)를 개재해서 서로 대향하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 한 쌍의 용단 부재(43, 43)가 대칭으로 접속됨으로써, 리플로우 실장 시 등에 있어서, 퓨즈 엘리먼트(3)에 대한 부하가 걸리는 방식이 언밸런스로 되지 않아, 변형에 대한 내성을 향상시킬 수 있다.Further, in the
또한, 발열체(4)는, 절연 기판(2)의 표면(2a), 이면(2b)에 형성하는 어느 경우에 있어서든, 관통 구멍(42)의 양측에 형성하는 것이, 지지 전극(41) 및 발열체 인출 전극(7)을 가열하고, 또한 보다 많은 용융 도체(3a)를 응집, 흡인하는 데 있어서 바람직하다.In addition, in any case where the
제2 실시예second embodiment
이어서, 보호 소자(30)의 실시예에 대해서 설명한다. 제2 실시예에서는, 도 10에 도시하는 보호 소자(30)와, 도 26 및 도 23에 도시하는 직사각 형상의 발열체 인출 전극이 마련된 보호 소자를 준비하여, 각각 50V, 100V, 200V의 전압을 인가했을 때의 스파크 유무를 판정하였다. 또한, 퓨즈 엘리먼트의 용단 시간을 평가하여, 소정 시간(60초) 이내에 용단한 경우를 ○(양호), 소정 시간 이내에 용단하지 않았을 경우를 ×(불량)로 평가하였다.Next, an embodiment of the
실시예 및 비교예에 관한 보호 소자의 각 부의 치수는, 이하와 같이 정의된다. 또한, 표 3에 나타내는 각 부의 수치는 실시예 2의 E를 1로 했을 때의 비율을 나타내는 수치이다.The dimension of each part of the protection element which concerns on an Example and a comparative example is defined as follows. In addition, the numerical value of each part shown in Table 3 is a numerical value which shows the ratio when E of Example 2 is set to 1.
D: 발열체 인출 전극의 선단부와 발열체 급전 전극의 거리D: distance between the tip of the heating element lead-out electrode and the heating element feeding electrode
E: 발열체의 통전 방향의 길이E: Length in the energization direction of the heating element
F: 발열체 인출 전극의 최소 폭F: Minimum width of the heating element lead-out electrode
G: 발열체 인출 전극의 최대 폭G: Maximum width of the heating element lead-out electrode
L: 발열체 인출 전극의 선단부의 측연부와 기초부의 측연부간의 폭L: Width between the side edge of the tip of the heating element lead-out electrode and the side edge of the base
M: 발열체의 기판 외측 측연부와 발열체 인출 전극의 (선단부의) 측연부간의 폭M: the width between the outer side edge of the substrate of the heating element and the (tip portion) side edge of the heating element lead-out electrode
N: 발열체 인출 전극의 (선단부의) 측연부와 발열체 측연부의 발열체 폭 방향의 거리N: The distance in the width direction of the side edge of the heating element lead-out electrode and the side edge of the heating element in the width direction.
P: 발열체 인출 전극의 길이P: length of the heating element extraction electrode
Q: 발열체 인출 전극과 발열체의 중첩 길이Q: The overlapping length of the heating element lead-out electrode and the heating element
[실시예 2][Example 2]
실시예 2에 관한 보호 소자는, 도 10에 도시하는 것을 사용하였다. 실시예 2에 관한 보호 소자에서는, 발열체 인출 전극에 기초부(폭(G): 0.71) 및 선단부(폭(F): 0.21)가 마련되고, 기초부는 선단부보다도 편측 0.25만큼 광폭으로 형성되어 있다. 또한, 발열체 인출 전극은, 퓨즈 엘리먼트보다도 발열체 급전 전극측으로 돌출되지 않아, 발열체 인출 전극의 선단부와 발열체 급전 전극의 거리(D)는 0.04이며, 또한 발열체 인출 전극과 발열체의 중첩 길이(Q)는 0.54로 되어 있다.As the protection element according to Example 2, the one shown in FIG. 10 was used. In the protection element according to the second embodiment, a base portion (width G: 0.71) and a tip portion (width F: 0.21) are provided on the heat generating element lead-out electrode, and the base portion is formed to be wider than the tip portion by 0.25 on one side. In addition, the heating element lead-out electrode does not protrude toward the heating element feeding electrode side than the fuse element, and the distance (D) between the tip of the heating element extraction electrode and the heating element feeding electrode is 0.04, and the overlapping length (Q) of the heating element extraction electrode and the heating element is 0.54 is made of
[비교예 3][Comparative Example 3]
비교예 3에 관한 보호 소자는, 도 26에 도시하는 것을 사용하였다. 비교예 3에 관한 보호 소자에서는, 직사각 형상의 발열체 인출 전극(폭: 0.44)이 형성되어 있다. 또한, 발열체 인출 전극은, 퓨즈 엘리먼트보다도 발열체 급전 전극측으로 돌출되지 않아, 발열체 인출 전극의 선단부와 발열체 급전 전극의 거리(D)는 0.04이며, 또한 발열체 인출 전극과 발열체의 중첩 길이(Q)는 0.96으로 되어 있다.As the protection element according to Comparative Example 3, the one shown in FIG. 26 was used. In the protection element according to Comparative Example 3, a rectangular heating element extraction electrode (width: 0.44) was formed. Further, the heating element lead-out electrode does not protrude toward the heating element feeding electrode side than the fuse element, and the distance (D) between the tip of the heating element extraction electrode and the heating element feeding electrode is 0.04, and the overlapping length Q between the heating element extraction electrode and the heating element is 0.96. is made of
[비교예 4][Comparative Example 4]
비교예 4에 관한 보호 소자는, 도 23에 도시하는 것을 사용하였다. 비교예 4에 관한 보호 소자도, 비교예 3과 마찬가지로, 직사각 형상의 발열체 인출 전극(폭: 0.21)을 사용하고 있다. 비교예 3과의 상위점은, 비교예 4에 관한 보호 소자에서는, 발열체 인출 전극이 발열체와 중첩되어 있지 않은 점이다(Q=0.00). 또한, 비교예 4에서는, 발열체 인출 전극의 선단부와 발열체 급전 전극의 거리(D)는 0.04이다.As the protection element according to Comparative Example 4, the one shown in FIG. 23 was used. Similarly to Comparative Example 3, the protection element according to Comparative Example 4 used a rectangular heating element extraction electrode (width: 0.21). The difference from Comparative Example 3 is that, in the protection element according to Comparative Example 4, the heating element extraction electrode does not overlap the heating element (Q=0.00). Further, in Comparative Example 4, the distance D between the tip of the heating element lead-out electrode and the heating element feeding electrode was 0.04.
표 4에 나타내는 바와 같이, 실시예 2에서는, 어느 전압을 인가한 경우에도, 스파크의 발생이 없고, 또한 소정 시간 내에 퓨즈 엘리먼트를 용단시킬 수 있었다. 한편, 비교예 3에서는, 100V 및 200V의 전압을 인가한 경우에 스파크가 발생하여, 소정 시간 내에 퓨즈 엘리먼트를 용단시킬 수 없었다. 또한, 비교예 4에서는, 어느 전압을 인가한 경우에도 스파크는 발생하지 않았지만, 폭: 0.21로 폭이 좁은 직사각 형상의 발열체 인출 전극을 사용하고 있기 때문에, 퓨즈 엘리먼트의 용융 도체를 보유 지지하는 용량이 부족하여, 도 24에 도시하는 바와 같이, 제1, 제2 전극과의 사이에서 용융 도체가 연속하여, 소정 시간 내에 퓨즈 엘리먼트를 용단시킬 수 없었다.As shown in Table 4, in Example 2, even when any voltage was applied, there was no spark generation, and the fuse element could be blown by fusing within a predetermined time. On the other hand, in Comparative Example 3, sparks were generated when voltages of 100V and 200V were applied, and the fuse element could not be blown by fusing within a predetermined time. Further, in Comparative Example 4, no spark was generated even when any voltage was applied, but since a rectangular heating element extraction electrode having a narrow width of 0.21 was used, the capacity for holding the molten conductor of the fuse element was increased. It was insufficient, and as shown in FIG. 24, the molten conductor was continuous between a 1st, 2nd electrode, and the fuse element could not be blown-off within a predetermined time.
1: 보호 소자
2: 절연 기판
2a: 표면
2b: 이면
3: 퓨즈 엘리먼트
3a: 용융 도체
4: 발열체
4a: 돌출부
5: 발열체 급전 전극
5a: 제3 외부 접속 전극
6: 절연층
7: 발열체 인출 전극
7a: 선단부
7b: 기초부
8: 발열체 전극
9: 접속 땜납
11: 제1 전극
11a: 제1 외부 접속 전극
12: 제2 전극
12a: 제2 외부 접속 전극
13: 저융점 금속층
14: 고융점 금속층
17: 규제 벽
20: 배터리 팩
20a: 정극 단자
20b: 부극 단자
21a 내지 21d: 배터리 셀
22: 충전 장치
23: 전류 제어 소자
24: 제어부
25: 배터리 스택
26: 충방전 제어 회로
27: 검출 회로
28: 전류 제어 소자
30: 보호 소자
32: 보유 지지 전극
33: 관통 구멍
34: 도전층
40: 보호 소자
41: 지지 전극
42: 관통 구멍
43: 용단 부재
44: 도전층
45: 보조 전극
46: 제1 전극 단자
47: 제2 전극 단자
48: 제3 전극 단자1: Protection element 2: Insulation substrate
2a:
3: fuse
4:
5: heating
6: Insulation layer 7: Heating element extraction electrode
7a:
8: Heating element electrode 9: Connection solder
11:
12:
13: low melting point metal layer 14: high melting point metal layer
17: regulatory wall 20: battery pack
20a: positive terminal 20b: negative terminal
21a to 21d: battery cell 22: charging device
23: current control element 24: control unit
25: battery stack 26: charge and discharge control circuit
27: detection circuit 28: current control element
30: protection element 32: holding electrode
33: through hole 34: conductive layer
40: protection element 41: support electrode
42: through hole 43: fusing member
44: conductive layer 45: auxiliary electrode
46: first electrode terminal 47: second electrode terminal
48: third electrode terminal
Claims (15)
상기 절연 기판의 일면측에 마련된 퓨즈 엘리먼트와,
상기 절연 기판에 형성되어, 발열에 의해 상기 퓨즈 엘리먼트를 용단하는 발열체와,
상기 발열체의 일단과 접속되어 상기 발열체에의 급전 단자로 되는 발열체 급전 전극과,
상기 발열체를 피복하는 절연층과,
상기 발열체의 타단과 접속되고, 상기 절연층 상에 상기 발열체를 따라 형성되어, 상기 퓨즈 엘리먼트의 용융 도체가 보유 지지되는 발열체 인출 전극을 갖고,
상기 발열체는, 상기 발열체 급전 전극을 통해서 통전되면, 상기 발열체 급전 전극측이 고전위부로 되고, 상기 발열체 인출 전극측이 저전위부로 되고,
상기 발열체 인출 전극은, 상기 발열체의 고전위부측으로 연장되는 선단부와 상기 발열체의 중첩 면적이, 상기 발열체의 저전위부측으로 연장되는 기초부와 상기 발열체의 중첩 면적보다도 작은 것을 특징으로 하는, 보호 소자.an insulated substrate;
a fuse element provided on one side of the insulating substrate;
a heating element formed on the insulating substrate to melt the fuse element by heat generation;
a heating element feeding electrode connected to one end of the heating element and serving as a power supply terminal to the heating element;
an insulating layer covering the heating element;
a heating element lead-out electrode connected to the other end of the heating element and formed along the heating element on the insulating layer to hold the molten conductor of the fuse element;
When the heating element is energized through the heating element feeding electrode, the heating element feeding electrode side becomes a high potential part, and the heating element lead-out electrode side becomes a low potential part,
In the heating element lead-out electrode, an overlapping area of the front end portion extending toward the high potential portion of the heating element and the heating element is smaller than the overlapping area of the base portion extending toward the low potential portion of the heating element and the heating element, A protection element, characterized in that.
발열체 인출 전극은, 상기 선단부의 폭이 상기 기초부의 폭보다도 좁은, 보호 소자.The width direction according to claim 1, wherein a direction orthogonal to an energization direction of the heat generating element is defined as a width direction,
The heating element lead-out electrode is a protection element, wherein the width of the tip portion is narrower than the width of the base portion.
상기 발열체 인출 전극의 선단부는, 상기 퓨즈 엘리먼트의 측연부보다도 상기 발열체 급전 전극측으로 돌출되지 않는, 보호 소자.The method of any one of claims 1 to 3, wherein the fuse element is mounted on the heating element lead-out electrode;
A protection element, wherein a tip portion of the heating-element lead-out electrode does not protrude toward the heating-element feeding electrode side than a side edge portion of the fuse element.
상기 선단부는, 상기 2개의 발열체와 중첩되어 있지 않은, 보호 소자.The method according to claim 8, wherein, in the heating element lead-out electrode, the tip portion is formed on a region between the two heating elements,
The said tip part does not overlap with the said two heat generating elements, The protection element.
상기 발열체 인출 전극과 상기 보유 지지 전극이, 상기 절연 기판을 관통하는 관통 구멍을 통해서 연속되고,
상기 절연 기판은, 용융된 상기 퓨즈 엘리먼트의 용융 도체를, 상기 관통 구멍을 통해서 상기 보유 지지 전극측에 흡인하는, 보호 소자.The holding electrode for holding the molten conductor of the fuse element is formed on the other side opposite to one side of the insulating substrate according to any one of claims 8 to 10,
the heating element extraction electrode and the holding electrode are continuous through a through hole penetrating the insulating substrate;
The said insulating board|substrate attracts the molten conductor of the said fuse element which melted through the said through-hole to the said holding electrode side, The protection element.
상기 절연 기판의 일면에는, 상기 퓨즈 엘리먼트를 지지하는 지지 전극이 형성되고,
상기 발열체 인출 전극과 상기 지지 전극이, 상기 절연 기판을 관통하는 관통 구멍을 통해서 연속되고,
상기 절연 기판은, 용융된 상기 퓨즈 엘리먼트의 용융 도체를, 상기 관통 구멍을 통해서 상기 발열체 인출 전극측에 흡인하는 용단 부재를 구성하는, 보호 소자.The insulating substrate according to any one of claims 8 to 10, wherein the heating element, the heating element feeding electrode, and the heating element withdrawing electrode are formed on the other surface opposite to one surface of the insulating substrate on which the fuse element is provided. become,
A support electrode for supporting the fuse element is formed on one surface of the insulating substrate;
The heating element lead-out electrode and the support electrode are continuous through a through hole penetrating the insulating substrate,
The said insulating substrate constitutes a fusing member which attracts|sucks the molten conductor of the said fuse element to the said heat generating-element extraction electrode side through the said through-hole, The protection element which comprises.
상기 배터리 셀의 충방전 경로 상에 접속되어, 해당 충방전 경로를 차단하는 보호 소자와,
상기 배터리 셀의 전압 값을 검출해서 상기 보호 소자에의 통전을 제어하는 전류 제어 소자를 구비하고,
상기 보호 소자는,
절연 기판과,
상기 절연 기판의 일면측에 마련된 퓨즈 엘리먼트와,
상기 절연 기판에 형성되어, 발열에 의해 상기 퓨즈 엘리먼트를 용단하는 발열체와,
상기 발열체의 일단과 접속되어 상기 발열체에의 급전 단자로 되는 발열체 급전 전극과,
상기 발열체를 피복하는 절연층과,
상기 발열체의 타단과 접속되고, 상기 절연층 상에 상기 발열체를 따라 형성되어, 상기 퓨즈 엘리먼트의 용융 도체가 보유 지지되는 발열체 인출 전극을 갖고,
상기 발열체는, 상기 발열체 급전 전극을 통해서 통전되면, 상기 발열체 급전 전극측이 고전위부로 되고, 상기 발열체 인출 전극측이 저전위부로 되고,
상기 발열체 인출 전극은, 상기 발열체의 고전위부측으로 연장되는 선단부와 상기 발열체의 중첩 면적이, 상기 발열체의 저전위부측으로 연장되는 기초부와 상기 발열체의 중첩 면적보다도 작은 것을 특징으로 하는, 배터리 팩.one or more battery cells;
a protection element connected to the charging/discharging path of the battery cell to block the charging/discharging path;
and a current control element that detects the voltage value of the battery cell and controls energization of the protection element;
The protection element is
an insulated substrate;
a fuse element provided on one side of the insulating substrate;
a heating element formed on the insulating substrate to melt the fuse element by heat generation;
a heating element feeding electrode connected to one end of the heating element and serving as a power supply terminal to the heating element;
an insulating layer covering the heating element;
a heating element lead-out electrode connected to the other end of the heating element and formed along the heating element on the insulating layer to hold the molten conductor of the fuse element;
When the heating element is energized through the heating element feeding electrode, the heating element feeding electrode side becomes a high potential part, and the heating element lead-out electrode side becomes a low potential part,
In the heating element lead-out electrode, an overlapping area of the front end portion extending toward the high potential portion of the heating element and the heating element is smaller than the overlapping area of the base portion extending toward the low potential portion of the heating element and the heating element, characterized in that the battery pack.
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